摘要

 

為了分析混合動力汽車雙模式多級齒輪動力傳動機構扭轉振動產生的原因及其影響因素，基於 SIMPACK 建(jian)立(li)了(le)整(zheng)車(che)動(dong)力(li)學(xue)模(mo)型(xing)。通(tong)過(guo)對(dui)動(dong)力(li)學(xue)模(mo)型(xing)施(shi)加(jia)激(ji)勵(li)和(he)設(she)置(zhi)輸(shu)出(chu)通(tong)道(dao)，構(gou)建(jian)了(le)扭(niu)振(zhen)仿(fang)真(zhen)係(xi)統(tong)。應(ying)用(yong)扭(niu)振(zhen)仿(fang)真(zhen)係(xi)統(tong)分(fen)析(xi)了(le)多(duo)級(ji)齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)的(de)振(zhen)型(xing)，並(bing)與(yu)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)和(he)實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)進(jin)行(xing)了(le)對(dui)比(bi)驗(yan)證(zheng)。

 

扭niu振zhen仿fang真zhen係xi統tong振zhen型xing分fen析xi的de結jie果guo與yu理li論lun計ji算suan的de傳chuan動dong係xi統tong固gu有you頻pin率lv以yi及ji噪zao聲sheng實shi驗yan獲huo得de的de主zhu噪zao聲sheng頻pin率lv一yi致zhi，證zheng明ming了le構gou建jian係xi統tong的de正zheng確que性xing。在zai此ci基ji礎chu上shang，分fen析xi了le阻zu尼ni減jian振zhen器qi的de阻zu尼ni、gangdudebianhuadengmubiaoyouhuacanshuduiduojichilunchuandongjigouchanshengdeniuzhuanzhendongdeyingxiang。jieguobiaoming，jiangniuzhuanjianzhenqicanshutiaozhengzaishidangfanweinei，duiduojichilunchuandongjigoubufenjiecideniuzhuanzhendongyoujiaohaodeshuaijianzuoyong。

 

1 引言

 

由於世界石油存儲量的不斷下降
，開發新能源汽車是如今的發展方向。混合動力汽車是現行汽車的一種可靠替代形式，由於其 NVH（Noise，Vibration and Harshness）問題對乘客的乘坐舒適性影響很大，因此，越來越受到廠商和研究機構的重視。

 

混hun合he動dong力li汽qi車che的de噪zao聲sheng來lai源yuan有you很hen多duo
，其qi中zhong多duo級ji齒chi輪lun傳chuan動dong機ji構gou的de異yi常chang扭niu轉zhuan振zhen動dong是shi一yi個ge重zhong要yao的de噪zao聲sheng源yuan。由you於yu混hun合he動dong力li汽qi車che采cai用yong純chun電dian動dong驅qu動dong和he混hun合he動dong力li驅qu動dong的de雙shuang模mo式shi驅qu動dong方fang式shi，其qi齒chi輪lun傳chuan動dong機ji構gou的de扭niu振zhen特te征zheng較jiao普pu通tong汽qi車che更geng為wei複fu雜za。當dang發fa動dong機ji端duan和he驅qu動dong電dian機ji端duan存cun在zai輸shu入ru轉zhuan矩ju的de激ji勵li時shi
，多duo級ji齒chi輪lun傳chuan動dong機ji構gou會hui發fa生sheng異yi常chang受shou迫po扭niu轉zhuan振zhen動dong問wen題ti。當dang外wai源yuan性xing激ji勵li的de幹gan擾rao頻pin率lv與yu係xi統tong的de任ren何he一yi個ge固gu有you頻pin率lv相xiang等deng時shi，傳chuan遞di功gong率lv流liu的de傳chuan動dong係xi將jiang出chu現xian強qiang烈lie的de受shou迫po扭niu轉zhuan共gong振zhen，相xiang應ying部bu件jian所suo受shou的de載zai荷he將jiang顯xian著zhu增zeng加jia，嚴yan重zhong損sun害hai傳chuan動dong係xi的de部bu件jian，並bing導dao致zhi扭niu振zhen和he不bu舒shu適shi感gan。因yin此ci，對dui於yu扭niu振zhen的de影ying響xiang因yin素su和he消xiao除chu方fang法fa研yan究jiu是shi非fei常chang重zhong要yao的de。

 

一些研究對車輛動力係統的振動問題進行了分析。

 

楊遠等運用單體聲功率及頻譜分析的方法識別出了變速器齒輪產生的齧合噪聲是電驅動動力總成係統噪聲產生的主要原因。

 

Chang dengcaiyongshiyandefangfaduifadongjizhuanjubodongzuoweidonglizongchengdejiliyuanjinxingleyanzheng，zhengmingfadongjizhuanjubodongchanshengdejilishidonglizongchengniuzhendezhuyaojiliyuanzhiyi。

 

Yue dengduihunhedonglixitongdedonglixuetexingjinxinglefenxi，bingyanjiulegaixitongdezhendongtezheng。genjuyishangyanjiukezhi，fadongjihuodianjishichuandongxitongniuzhendezhongyaojiliyuan。weilejianshaochuandongjigoudezhendonghezaosheng

，xuyaocaiquxiangguandecuoshi，caiyongzunijianzhenqishiyizhongshuaijianniuzhendeyouxiaocuoshi。dangqichedonglishuruduancunzaijilishi
，chilunchuandongjigoushichanshengzhendonghezaoshengdezhuyaozongchengzhiyi。

 

Paul D 等(deng)對(dui)於(yu)汽(qi)車(che)傳(chuan)動(dong)係(xi)的(de)主(zhu)動(dong)阻(zu)尼(ni)對(dui)換(huan)擋(dang)產(chan)生(sheng)的(de)瞬(shun)時(shi)振(zhen)動(dong)進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu)，提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)主(zhu)動(dong)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)，並(bing)對(dui)其(qi)在(zai)傳(chuan)統(tong)汽(qi)車(che)和(he)混(hun)合(he)動(dong)力(li)汽(qi)車(che)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)效(xiao)果(guo)進(jin)行(xing)了(le)對(dui)比(bi)。林(lin)新(xin)海(hai)等(deng)通(tong)過(guo)模(mo)態(tai)試(shi)驗(yan)和(he)台(tai)架(jia)試(shi)驗(yan)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)方(fang)法(fa)分(fen)析(xi)了(le)影(ying)響(xiang)齒(chi)輪(lun)箱(xiang)振(zhen)動(dong)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)。

 

Tang dengduihunhedongliqichexingxingchilunjiegoudezaoshengyuanjinxinglelilunfenxiheshiyanyanzheng。zhexiefangfadegongtongdianshijiyulilunjisuandefangfalaifenxichilunniuzhentexing。lilunjisuanfangfaxuyaojianlijingquedechilunshuxuemoxing
，jisuandejieguojiaoweijingque
，danduiyujiaoweifuzadechuandonglaijiang
，xitongcunzaijiaoduodeziyoudu，jianliwanshandemoxingguochengjiaoweifansuo


，duimoxingdexiuzhengyejiaoweikunnan
，yidanmoxingjianlicuowu，xiugaiqilaibijiaomafan。

 

而采用 Adams 等deng多duo體ti動dong力li學xue軟ruan件jian進jin行xing動dong力li學xue模mo型xing構gou建jian和he分fen析xi的de方fang法fa，則ze較jiao為wei方fang便bian直zhi觀guan，並bing能neng夠gou模mo擬ni傳chuan動dong機ji構gou扭niu振zhen的de傳chuan遞di特te性xing。但dan這zhe種zhong方fang法fa卻que難nan以yi對dui齒chi輪lun副fu模mo型xing齧nie合he參can數shu進jin行xing精jing確que描miao述shu，所suo以yi，在zai進jin行xing齒chi輪lun動dong力li學xue分fen析xi時shi效xiao果guo較jiao差cha。一yi些xie研yan究jiu者zhe提ti出chu了le替ti代dai方fang法fa，洪hong清qing泉quan等deng提ti出chu了le一yi種zhong在zai Adams 中建立虛擬齒輪副模型的方法，該方法考慮了齒輪的轉動慣量、等價阻尼和等價剛度，對齒輪動力學分析取得了一定的效果。

 

Yu 等deng也ye采cai用yong這zhe種zhong方fang法fa對dui混hun合he動dong力li汽qi車che行xing星xing齒chi輪lun機ji構gou的de扭niu振zhen特te性xing進jin行xing了le分fen析xi，為wei混hun合he動dong力li汽qi車che的de降jiang噪zao研yan究jiu提ti供gong了le參can考kao，但dan該gai方fang法fa隻zhi是shi以yi扭niu簧huang的de等deng價jia阻zu尼ni和he等deng價jia剛gang度du近jin似si地di代dai替ti齒chi輪lun齧nie合he，而er無wu法fa建jian立li齒chi輪lun修xiu形xing係xi數shu、泊鬆比、彈性模量、齒麵摩擦因數等物理與材料特性參數
，尤其是無法模擬單對輪齒的綜合彈性變形
、齒輪重合度、齒(chi)輪(lun)齧(nie)合(he)時(shi)的(de)阻(zu)尼(ni)變(bian)化(hua)以(yi)及(ji)齒(chi)輪(lun)齧(nie)合(he)時(shi)的(de)綜(zong)合(he)剛(gang)度(du)變(bian)化(hua)的(de)時(shi)變(bian)參(can)數(shu)。這(zhe)使(shi)得(de)利(li)用(yong)虛(xu)擬(ni)齒(chi)輪(lun)副(fu)模(mo)型(xing)的(de)方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)的(de)齒(chi)輪(lun)扭(niu)振(zhen)特(te)性(xing)分(fen)析(xi)與(yu)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)定(ding)誤(wu)差(cha)。通(tong)過(guo)適(shi)合(he)的(de)方(fang)法(fa)構(gou)建(jian)精(jing)確(que)的(de)混(hun)合(he)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)模(mo)型(xing)，並(bing)分(fen)析(xi)其(qi)振(zhen)動(dong)特(te)性(xing)
，對(dui)於(yu)混(hun)合(he)動(dong)力(li)多(duo)級(ji)齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)的(de)目(mu)標(biao)參(can)數(shu)優(you)化(hua)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)幫(bang)助(zhu)的(de)。

 

本文中構建了基於 SIMPACK 的混合動力傳動係統的多體動力學模型，在 SIMPACK 中(zhong)建(jian)立(li)精(jing)確(que)的(de)齒(chi)輪(lun)模(mo)型(xing)，並(bing)應(ying)用(yong)齒(chi)輪(lun)齧(nie)合(he)力(li)元(yuan)建(jian)立(li)齒(chi)輪(lun)連(lian)接(jie)。根(gen)據(ju)所(suo)建(jian)模(mo)型(xing)建(jian)立(li)扭(niu)振(zhen)仿(fang)真(zhen)係(xi)統(tong)，並(bing)對(dui)混(hun)合(he)動(dong)力(li)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)的(de)扭(niu)振(zhen)特(te)性(xing)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)，分(fen)析(xi)各(ge)部(bu)件(jian)扭(niu)振(zhen)特(te)征(zheng)頻(pin)率(lv)和(he)關(guan)鍵(jian)參(can)數(shu)對(dui)扭(niu)振(zhen)的(de)影(ying)響(xiang)。

 

2 扭振仿真係統建立

 

SIMPACK 中動力學模型的建立是基於樣車傳動係統質量和元件分布的特點，采用多自由度集中質量的離散化建模方法，對圖 1 所示的混合動力傳動係進行扭轉振動建模。

 

建模時應遵循以下簡化原則：

 

（1） 相鄰兩集中質量間連接軸的剛度，視為集中質量間的剛度
，即將軸的轉動慣量平均分配到相鄰的集中質量上。

 

（2） 阻zu尼ni減jian振zhen器qi前qian後hou分fen別bie與yu發fa動dong機ji和he行xing星xing架jia連lian接jie，可ke簡jian化hua為wei有you阻zu尼ni的de扭niu轉zhuan彈dan簧huang。要yao進jin行xing行xing星xing輪lun係xi的de扭niu振zhen分fen析xi，建jian立li各ge齧nie合he齒chi輪lun副fu的de動dong力li學xue模mo型xing是shi關guan鍵jian。在zai SIMPACK 中，可以建立精確的齒輪模型。建立齒輪副模型時需要輸入的參數有：齒輪齧合形式（外、內、齒條）、齒數、模數、法向壓力角、齒頂高和齒根高、螺旋角、錐角、齒隙
、齒寬
、齧合的初始轉角。齒輪齧合采用專門的齒輪力元。齒輪力元中考慮了齒輪的齧合剛度、阻尼、齒輪修形係數、泊鬆比、彈性模量
、齒麵摩擦因數等物理與材料特性。建好的整車傳動係扭轉振動力學模型如圖所示。其中，除 MEEBS 動力合成器外還包括阻尼減振器、左、右驅動半軸和左右一對車輪。該模型中，阻尼減振器簡化成扭轉彈簧，齒輪采用 SIMPACK 提供的齒輪模型
，而其他部件視為剛性元件。

 

 

 

為了獲得固有頻率和頻響特性曲線，在 SIMPACK 中zhong可ke根gen據ju建jian立li好hao的de動dong力li學xue模mo型xing來lai建jian立li扭niu振zhen仿fang真zhen係xi統tong。扭niu振zhen仿fang真zhen係xi統tong可ke以yi分fen析xi頻pin域yu範fan圍wei內nei的de固gu有you頻pin率lv和he頻pin率lv響xiang應ying。係xi統tong可ke以yi設she置zhi自zi由you振zhen動dong激ji勵li作zuo為wei輸shu入ru。仿fang真zhen係xi統tong包bao含han 3 個部分，如圖所示。第一部分是激勵力元。激勵力元采用單位振幅的正弦力，初始相位角為 0。激勵頻率範圍持續增長。範圍是 1～5000 Hz
，計算步數是 10000。分fen別bie計ji算suan在zai純chun電dian動dong工gong況kuang和he混hun合he動dong力li工gong況kuang時shi的de固gu有you頻pin率lv。第di二er部bu分fen是shi輸shu入ru通tong道dao。根gen據ju混hun合he動dong力li傳chuan動dong係xi統tong的de運yun轉zhuan工gong況kuang，要yao求qiu將jiang激ji勵li從cong發fa動dong機ji端duan或huo電dian機ji端duan輸shu入ru。第di三san部bu分fen是shi輸shu出chu通tong道dao。可ke以yi根gen據ju分fen析xi要yao求qiu
，在zai所suo建jian模mo型xing的de部bu件jian上shang設she置zhi輸shu出chu通tong道dao。相xiang應ying於yu輸shu入ru通tong道dao
，輸shu出chu參can數shu的de測ce試shi方fang向xiang有you x、y、z 方向和對應軸向的扭轉方向。

3 結論

 

應用 SIMPACK 構建了基於目標參數優化的扭振仿真係統，並通過分析得到以下結論：

 

（1） 仿真與理論計算、實驗結果的對比驗證了所構建係統的正確性。結果分析顯示
，在純電動工況，噪聲頻率主要集中在 1715 Hz 的高階頻率附近。噪聲源主要來自行星排內的齒輪。在混合動力工況，噪聲頻率主要集中在 0～30 Hz 的低階次。發動機和飛輪處的噪聲為主要噪聲源。

 

（2） 通tong過guo分fen析xi扭niu轉zhuan減jian振zhen器qi特te性xing參can數shu對dui扭niu振zhen特te性xing的de影ying響xiang分fen析xi可ke知zhi
，當dang發fa動dong機ji作zuo為wei輸shu入ru激ji勵li源yuan時shi，扭niu轉zhuan減jian振zhen器qi的de阻zu尼ni和he剛gang度du調tiao整zheng對dui低di頻pin段duan扭niu振zhen有you較jiao明ming顯xian的de削xue弱ruo作zuo用yong，而er對dui高gao頻pin扭niu振zhen影ying響xiang不bu大da。當dang采cai用yong主zhu電dian機ji作zuo為wei輸shu入ru激ji勵li源yuan時shi，阻zu尼ni的de調tiao整zheng對dui高gao頻pin扭niu振zhen有you一yi定ding削xue弱ruo，而er對dui低di頻pin扭niu振zhen沒mei有you影ying響xiang。剛gang度du的de調tiao整zheng對dui低di頻pin扭niu振zhen有you一yi定ding削xue弱ruo

，而er對dui高gao頻pin扭niu振zhen影ying響xiang不bu大da。