扭转减振器频率控制优化及试验研究

doi:10.3901/JME.2025.07.373

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (7): 373-381.doi: 10.3901/JME.2025.07.373

扫码分享

扭转减振器频率控制优化及试验研究

刘辉^1,2, 杨毅¹, 高普^1,2, 项昌乐^1,2

1. 北京理工大学机械与车辆学院北京 100081;
2. 北京理工大学前沿技术研究院济南 250307

收稿日期:2024-04-10 修回日期:2024-07-18 出版日期:2025-04-05 发布日期:2025-05-12
作者简介:刘辉，女，1975年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为地面无人车辆，混合动力车辆，新构型特种平台，机电传动，车辆动力学与控制。E-mail：lh@bit.edu.cn,liu_hui_bit@126.com
高普(通信作者)，男，1989年出生，博士，特别副研究员，硕士研究生导师。主要研究方向为智能材料与结构设计，机电复合动力学及控制，车辆传动系统综合减振。E-mail：gaopu_tva@bit.edu.cn；gaopu1989@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(52205086,52130512)、北京市科技新星计划(20230484262)、VTDP项目(DLZX202304,202302329249)和重点实验室稳定支持(202320301483)资助项目。

Optimization and Experimental Study on Frequency Control of Torsional Vibration Damper

LIU Hui^1,2, YANG Yi¹, GAO Pu^1,2, XIANG Changle^1,2

1. School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081;
2. Institute of Advanced Technology, Beijing Institute of Technology, Jinan 250307

Received:2024-04-10 Revised:2024-07-18 Online:2025-04-05 Published:2025-05-12

摘要/Abstract

摘要： 针对宽频强激励下车辆动力传动系统多模态扭转振动，开展自调谐变刚度扭转振动抑制技术的研究。介绍了所提出的并联变刚度调频复合扭转减振器的工作原理，建立了含扭转减振器的扭转振动系统动力学模型，分析了扭振系统在调频过程中固有振动特性的瞬态变化状态，提出了适合系统运行条件的并联变刚度频率调谐复合扭转减振器吸振组块的最优调频控制方案，搭建扭转减振器频率调谐方案验证试验台，对扭转减振器进行半主动控制试验，测试其固有频率对外部激励频率的跟随特性。研究结果表明，自调谐变刚度吸振组块可有效提高扭振系统的减振性能，改进后的频率调谐方案可以更好地降低扭振系统振动响应，且半主动扭转减振器在整个频率调谐范围，减振效果要明显优于被动减振器，验证所提频率调谐改进方案的有效性和可靠性。

关键词: 变刚度, 吸振, 扭转减振器, 频率调谐, 试验验证

Abstract: Research on self-tuning variable stiffness torsional vibration suppression technology is conducted to address multi-modal torsional vibration in vehicle powertrain systems under wideband excitation. The working principle of the proposed parallel variable stiffness frequency-tuned compound torsional damper is introduced, the dynamic model of the torsional vibration system with the damper is established, the transient changes of the inherent vibration characteristics of the torsional vibration system during frequency tuning is analyzed, the optimal frequency tuning control scheme for the parallel variable stiffness frequency-tuned compound torsional damper absorber block that is suitable for system operating conditions is proposed, a torsional damper frequency tuning validation test bench is constructed, semi-active control experiments on the torsional damper are conducted, and its frequency tracking characteristics with respect to external excitation frequencies are tested. The research results show that the self-tuning variable stiffness absorber block can effectively improve the vibration reduction performance of the torsional vibration system, and the improved frequency tuning scheme can significantly reduce the vibration response of the torsional vibration system. Moreover, the semi-active torsional damper performs significantly better than the passive damper throughout the frequency tuning range, which verified the effectiveness and reliability of the proposed frequency tuning improvement scheme.

Key words: variable stiffness, vibration absorption, torsional absorber, frequency tuning, experimental verification

中图分类号:

U463

刘辉, 杨毅, 高普, 项昌乐. 扭转减振器频率控制优化及试验研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(7): 373-381.

LIU Hui, YANG Yi, GAO Pu, XIANG Changle. Optimization and Experimental Study on Frequency Control of Torsional Vibration Damper[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(7): 373-381.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2025.07.373

http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2025/V61/I7/373

参考文献

[1] CROWTHER A R. Transient vibration in powertrain systems with automatic transmissions[D]. University of Technology，Sydney，2004.
[2] ZHANG N，CROWTHER A，LIU D K，et al. A finite element method for the dynamic analysis of automatic transmission gear shifting with a four-degree-of-freedom planetary gearset element[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part D：Journal of Automobile Engineering，2003，217(6)：461-473.
[3] COUDERC P，CALLENAERE J，HAGOPIAN J，et al. Vehicle driveline dynamic behaviour：experimentation and simulation[J]. Journal of Sound and Vibration，1998，218(1)：133-157.
[4] SZENASI F R，WACHEL J C. Analysis of torsional vibrations in rotating machinery[C]//Proceedings of the twenty-second Turbomachinery Symposium. 1993，22：127-151.
[5] 刘辉. 车辆动力传动系统扭振动力学仿真及分析[D]. 北京：北京理工大学，2003. LIU Hui. Torsional vibration dynamic simulation and analysis of vehicle powertrain[D]. Beijing：Beijing Institute of Technology，2003.
[6] 万新斌，于姝雯，杨卫英. 基于变特性的双机并车轴系扭振计算与分析[J]. 船舶工程，2019，41(8)：47-50. WAN Xinbin，YU Shuwen，YANG Weiying. Analyze and calculation of shaft torsion vibration of CODAD system based on variable characteristics[J]. Ship Engineering，2019，41(8)：47-50.
[7] 吕振华，陈涛. 双体飞轮-周向弹簧型扭振减振器弹性特性设计研究[J]. 汽车工程，2006，28(1)：73-77. LÜ Zhenhua，CHEN Tao. Design of the elastic characteristics of torsional damper with double mass flywheel and circum ferential spring[J]. Automotive Engineering，2006，28(1)：73-77.
[8] 曾荣，左厅，江征风，等. 周向长弧形弹簧式双质量飞轮迟滞非线性扭转特性模型研究[J]. 中国机械工程，2015，26(16)：2148-2153. ZENG Rong，ZUO Ting，JIANG Zhengfeng，et al. Hysteresis torsion characteristic model of circumferential arc spring dual mass flywheel[J]. China Academic Journal Electronic Publishing House，2015，26(16)：2148-2153.
[9] 陈龙，史文库，陈志勇，等. 双质量飞轮扭转特性分析与整车试验研究[J]. 汽车工程，2019，41(11)：1294-1300，1319. CHEN Long，SHI Wenku，CHEN Zhiyong，et al. An analysis on torsional characteristics of dual mass flywheel and vehicle test study[J]. Automotive Engineering，2019，41(11)：1294-1300,1319.
[10] BIAN Y，GAO Z，HU J，et al. A semi-active control method for decreasing longitudinal torsional vibration of vehicle engine system：theory and experiments[J]. Journal of Sound and Vibration，2019，439：413-433.
[11] LIU Hui，WANG Xiaojie，LIU Feng. Stiffness and vibration isolation characteristics of a torsional isolator with negative stiffness structure[J]. Journal of Vibroengineering，2018，20(1)：401-416.
[12] 单李阳. 柴油发动机磁流变扭振减振器设计及其可控性研究[D]. 芜湖：安徽工程大学，2022. SHAN Liyang. Research on design and controllability of magnetorheological torsional vibration damper for disel engine[D]. Wuhu：Anhui Polytechnic University，2022.
[13] 席军. 磁流变变惯量变阻尼扭转减振器工作机理与关键技术[D]. 重庆：重庆大学，2021. XI Jun. Working mechanism and key technology of magneto-rheological variable inertia and damping torsional damper[D]. Chongqing：Chongqing University，2021.
[14] 李文峰. 动力传动系统磁致可控刚度阻尼惯量扭振仿人智能控制[D]. 重庆：重庆大学，2021. LI Wenfeng. Human simulated intelligent control of magnetically controllable stiffness damping and inertia torsional vibration of powertrain system[D]. Chongqing： Chongqing University，2021.
[15] 何伟. 发动机曲轴系的磁流变扭转减振器控制策略研究[D]. 杭州：浙江理工大学，2023. HE Wei. Research on control strategy of magnetorheological torsional damper for engine crankshaft system[D]. Hangzhou：Zhejiang Sci-Tech University，2023.
[16] 高普，刘辉，项昌乐，等. 面向实车动力传动系统的隔振与吸振综合减振技术研究[J]. 机械工程学报，2021，57(14)：244-252. GAO Pu，LIU Hui，XIANG Changle，et al. Study on torsional isolator and absorber comprehensive vibration reduction technology for vehicle powertrain[J]. Journal of Mechanical Engineering，2021，57(14)：244-252.
[17] WALKER P D，ZHANG Nong，ZHAN Wenzhang，et al. Modelling of dual clutch transmission equipped powertrains for shift transient simulations[J]. Mechanism and Machine Theory，2013，60：47-59.

扭转减振器频率控制优化及试验研究

Optimization and Experimental Study on Frequency Control of Torsional Vibration Damper

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张明, 郭怀超, 温建明, 孙凤, 孙兴伟, 房立金, 岡宏一. 基于肌电信号的变刚度机器人关节运动性能提升机制[J]. 机械工程学报, 2025, 61(23): 27-40.
[2]	马文硕, 朱昊宽, 杨毅青, 于靖军. 动力吸振技术及其创新设计研究进展[J]. 机械工程学报, 2025, 61(21): 2-17.
[3]	王振宇, 孙建伟, 张美玲, 丛明, 褚金奎. 多级可调刚度刚柔耦合仿生机械手设计与验证[J]. 机械工程学报, 2025, 61(21): 237-248.
[4]	唐欣尧, 杨佳音, 王旭鹏, 殷榕, 刘晓宜. 准被动式变刚度踝关节助力外骨骼设计分析[J]. 机械工程学报, 2025, 61(15): 196-208.
[5]	李守忠, 管昀毅, 马冲, 赵剑龙, 赵宏哲. 上肢康复机器人被动变刚度驱动器建模与试验[J]. 机械工程学报, 2024, 60(3): 47-54.
[6]	张永顺, 刘高仁, 刘志军, 刘振虎, 董海. 新型电磁球型手腕解耦驱动机理[J]. 机械工程学报, 2024, 60(19): 1-10.
[7]	李英田, 童鑫, 陈星宇, 莫菲, 孙众卿, 高兴, 王磊, 周小虎. 适应性气管支架植入机器人系统设计与验证[J]. 机械工程学报, 2024, 60(17): 72-79.
[8]	陈耿彪, 刘志文, 尹来容, 易继军, 张拓. 半主动三附气室空气弹簧吸振器特性分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(17): 194-207.
[9]	潘杰, 于靖军, 裴旭. 柔性手爪机构设计与变刚度技术研究发展综述[J]. 机械工程学报, 2024, 60(13): 281-296.
[10]	李特, 崔博尧, 刘海波, 李峪锌, 张国庆, 曾繁练, 王永青. 磁致变刚度原理的气动软体致动器设计与试验[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 1-12.
[11]	张树新, 于亦奇, 曹政, 李拓, 罗康. 可重复展收单折伞状天线机构创新设计与实验验证[J]. 机械工程学报, 2023, 59(3): 13-21.
[12]	刘广宇, 宫岛, 周劲松, 任利惠, 王泽根, 孙维光, 唐继烈. 基于车体模态振动提取方法的高速动车组车体减振设计[J]. 机械工程学报, 2023, 59(18): 239-250.
[13]	龙奕琳, 王彬峦, 金弘哲, 徐威铭, 赵杰. 基于差动轮系的变刚度执行器及变刚度柔性手爪[J]. 机械工程学报, 2023, 59(1): 91-102.
[14]	金天贺, 张志, 刘志明, 孙帅帅, 尹丽云. 高速列车H∞控制可变刚度悬挂系统应用研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(8): 204-214.
[15]	侯章浩, 田小永, 朱伟军, 兰红波, 李涤尘. 连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(5): 170-177.