摩擦自激励引起的NVH

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摩擦自激振动是一种依靠系统内部相对滑动摩擦的反馈调节功能形成的稳定振动。在自激振动期间, 系统外部一定会提供恒定的能量补充;否则, 一旦切断系统外的能源供应, 摩擦自激振动现象就会立即消失。

摩擦自激振动是由两个相互接触的物体相对运动时所产生的界面摩擦诱导的自激振动，通常具有较高频率的特点，仅在低速stick-slip运动条件下会具有一定的低频特性，此外，摩擦自激振动频率只与摩擦系统的固有属性有关(系统的刚度、质量等)，与外界激励频率无关。摩擦自激振动是一种潜在的压电能量回收激励源，其能够使得压电振子避免因外界激励频率变化而出现频率失匹。因此，如果能将摩擦自激振动引入到低频振动激励的工况环境中，将有望实现低频振动到高频振动的升频转换。然而，目前关于利用摩擦自激振动实现能量回收的研究极少。

东风汽车有限公司东风日产乘用车公司技术中心邵亚宾等人通过对燃油泵压力调节阀结构和压力调节阀自激励振动噪声影响因素进行梳理,明确了压力调节阀自激励系数相关参数及计算公式。根据自激励噪声的发生机理及整车燃油泵噪声特性,提出了一种新的燃油泵自激励噪声评价方法,提高了该噪声的检出水平,同时根据车型开发经验,提出避免自激励振动噪声发生及噪声发生后的对策方向。

同济大学中德学院沈周行等人对于某型乘用车的整车试验,分析造成手动挡小客车起步时颤振的原因,以及车辆动力总成阻尼系数和车辆颤振敏感度对于车辆起步颤振的影响。得出的结论是对于这辆车,离合器的自激励振动是车辆起步颤振的主要原因。对离合器的结合过程建模,阐述离合器结合过程中自激励振动产生的原因和产生的条件,得出离合器结合过程中摩擦系数的变化直接影响到阻尼系数的变化,出现负阻尼系数是离合器结合过程中自激励振动出现的条件,并对由于离合器自激励产生的车辆起步颤振提出初步的解决方法。

吉利汽车研究院(宁波)有限公司张军等人以某SUV车型的加速工况异响噪声为背景，在整车与台架分别进行了噪声源的识别与排查，阐述CVT变速器自激励噪声的机理，并从变速器本体和整车路径上提出具体的工程措施。然后通过锥轮组装配与锥轮表面粗糙度的工艺优化，测试与验证改进方案的有效性，这些研究结果对于提升CVT变速器的核心部件开发与NVH性能的集成技术，有较重要的工程应用价值。

西南交通大学陈伟提出了一种利用摩擦自激振动实现升频转换的能量收集方式，并建立了含悬臂梁结构的集总参数数值模型以从理论上证明所提方法的可行性。基于建立的数值模型，首先探讨了摩擦系统的压电电压与功率输出特性，而后分析了在不同外界激励频率下系统的输出电压。此外，开展了摩擦自激振动能量回收试验以验证理论计算结果，并设计了碰撞式能量回收试验作为对比，比较了两种试验的输出电压以及在最优电阻下的输出功率大小。

1 理论模型与分析

本文建立了含悬臂梁结构的集总参数模型，如图1所示。其中，M是一质量块，下面为一刚性传输带，做周期性的正弦往复运动，代表外部的振动激励；质量块M与传输带之间具有线性接触刚度K1与三次非线性接触刚度Knl，竖直运动方向还具有阻尼C1；质量块M水平运动方向具有刚度K2与阻尼C2，同时在于水平方向成45°角的方向上有弹簧K3，起到耦合M竖直方向运动与水平方向运动的作用，M在竖直方向受到压力F的作用。m代表压电悬臂梁的等效质量，Kp与Cp分别代表压电悬臂梁的等效刚度与等效阻尼。当传输带运动时，由于摩擦力的作用，M会发生自激振动，得益于M的水平振动，压电悬臂梁m会在水平方向上做受迫振动，其运动自由度定义为xp，此时压电材料将产生电压U，将振动能转化为电能。为了简单起见，本模型不考虑质量块的与传输带之间的黏着状态，只考虑滑动状态。为了与实际情况相对应，质量块M远大于压电悬臂梁质量m，对应的刚度阻尼也远大于悬臂梁的等效刚度与阻尼。

图1 集总参数模型

1.2 动力学建模

根据牛顿运动定律与基尔霍夫定律，可得摩擦系统的动力学方程与压电方程:

式中，α是力电耦合系数；μ为摩擦因数；C为压电陶瓷等效电容；R是外接电阻；x代表图1中质量块M沿着坐标轴x方向运动的位移；y代表质量块M沿着坐标轴y方向的位移；其中xp代表压电悬臂梁等效质量块m沿着坐标轴x方向的位移，而z是m在x轴方向上的位移与M在x方向上的位移之差，即z=xp-x，代表压电悬臂梁的变形量。传输带做正弦往复运动，其位移方程为