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        侵權投訴

        SIMPACK混合動力傳動系統的齒輪箱振動主要影響因素

        電子設計 ? 2020-12-29 14:13 ? 次閱讀

        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,基于SIMPACK建立了整車動力學模型。通過對動力學模型施加激勵和設置輸出通道,構建了扭振仿真系統。應用扭振仿真系統分析了多級齒輪傳動機構的振型,并與理論計算和實驗結果進行了對比驗證。

        扭振仿真系統振型分析的結果與理論計算的傳動系統固有頻率以及噪聲實驗獲得的主噪聲頻率一致,證明了構建系統的正確性。在此基礎上,分析了阻尼減振器的阻尼、剛度的變化等目標優化參數對多級齒輪傳動機構產生的扭轉振動的影響。結果表明,將扭轉減振器參數調整在適當范圍內,對多級齒輪傳動機構部分階次的扭轉振動有較好的衰減作用。

        1引言

        由于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,由于其NVH(Noise,VibrationandHarshness)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。

        混合動力汽車的噪聲來源有很多,其中多級齒輪傳動機構的異常扭轉振動是一個重要的噪聲源。由于混合動力汽車采用純電動驅動和混合動力驅動的雙模式驅動方式,其齒輪傳動機構的扭振特征較普通汽車更為復雜。當發動機端和驅動電機端存在輸入轉矩的激勵時,多級齒輪傳動機構會發生異常受迫扭轉振動問題。當外源性激勵的干擾頻率與系統的任何一個固有頻率相等時,傳遞功率流的傳動系將出現強烈的受迫扭轉共振,相應部件所受的載荷將顯著增加,嚴重損害傳動系的部件,并導致扭振和不舒適感。因此,對于扭振的影響因素和消除方法研究是非常重要的。

        一些研究對車輛動力系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嚙合噪聲是電驅動動力總成系統噪聲產生的主要原因。

        Chang等采用實驗的方法對發動機轉矩波動作為動力總成的激勵源進行了驗證,證明發動機轉矩波動產生的激勵是動力總成扭振的主要激勵源之一。

        Yue等對混合動力系統的動力學特性進行了分析,并研究了該系統的振動特征。根據以上研究可知,發動機或電機是傳動系統扭振的重要激勵源。為了減少傳動機構的振動和噪聲,需要采取相關的措施,采用阻尼減振器是一種衰減扭振的有效措施。當汽車動力輸入端存在激勵時,齒輪傳動機構是產生振動和噪聲的主要總成之一。

        PaulD等對于汽車傳動系的主動阻尼對換擋產生的瞬時振動進行了研究,提出了一種主動控制策略,并對其在傳統汽車和混合動力汽車上的應用效果進行了對比。林新海等通過模態試驗和臺架試驗相結合的方法分析了影響齒輪箱振動的主要因素。

        Tang等對混合動力汽車行星齒輪結構的噪聲源進行了理論分析和實驗驗證。這些方法的共同點是基于理論計算的方法來分析齒輪扭振特性。理論計算方法需要建立精確的齒輪數學模型,計算的結果較為精確,但對于較為復雜的傳動來講,系統存在較多的自由度,建立完善的模型過程較為繁瑣,對模型的修正也較為困難,一旦模型建立錯誤,修改起來比較麻煩。

        而采用Adams等多體動力學軟件進行動力學模型構建和分析的方法,則較為方便直觀,并能夠模擬傳動機構扭振的傳遞特性。但這種方法卻難以對齒輪副模型嚙合參數進行精確描述,所以,在進行齒輪動力學分析時效果較差。一些研究者提出了替代方法,洪清泉等提出了一種在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等也采用這種方法對混合動力汽車行星齒輪機構的扭振特性進行了分析,為混合動力汽車的降噪研究提供了參考,但該方法只是以扭簧的等價阻尼和等價剛度近似地代替齒輪嚙合,而無法建立齒輪修形系數、泊松比、彈性模量、齒面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、齒輪嚙合時的阻尼變化以及齒輪嚙合時的綜合剛度變化的時變參數。這使得利用虛擬齒輪副模型的方法進行的齒輪扭振特性分析與實際情況存在著一定誤差。通過適合的方法構建精確的混合傳動系統模型,并分析其振動特性,對于混合動力多級齒輪傳動機構的目標參數優化是非常有幫助的。

        本文中構建了基于SIMPACK的混合動力傳動系統的多體動力學模型,在SIMPACK中建立精確的齒輪模型,并應用齒輪嚙合力元建立齒輪連接。根據所建模型建立扭振仿真系統,并對混合動力傳動系統的扭振特性進行研究,分析各部件扭振特征頻率和關鍵參數對扭振的影響。

        2扭振仿真系統建立

        SIMPACK中動力學模型的建立是基于樣車傳動系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系進行扭轉振動建模。

        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)阻尼減振器前后分別與發動機和行星架連接,可簡化為有阻尼的扭轉彈簧。要進行行星輪系的扭振分析,建立各嚙合齒輪副的動力學模型是關鍵。在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:齒輪嚙合形式(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、嚙合的初始轉角。齒輪嚙合采用專門的齒輪力元。齒輪力元中考慮了齒輪的嚙合剛度、阻尼、齒輪修形系數、泊松比、彈性模量、齒面摩擦因數等物理與材料特性。建好的整車傳動系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。

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        為了獲得固有頻率和頻響特性曲線,在SIMPACK中可根據建立好的動力學模型來建立扭振仿真系統。扭振仿真系統可以分析頻域范圍內的固有頻率和頻率響應。系統可以設置自由振動激勵作為輸入。仿真系統包含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。激勵頻率范圍持續增長。范圍是1~5000Hz,計算步數是10000。分別計算在純電動工況和混合動力工況時的固有頻率。第二部分是輸入通道。根據混合動力傳動系統的運轉工況,要求將激勵從發動機端或電機端輸入。第三部分是輸出通道。可以根據分析要求,在所建模型的部件上設置輸出通道。相應于輸入通道,輸出參數的測試方向有x、y、z方向和對應軸向的扭轉方向。

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        3結論

        應用SIMPACK構建了基于目標參數優化的扭振仿真系統,并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系統的正確性。結果分析顯示,在純電動工況,噪聲頻率主要集中在1715Hz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0~30Hz的低階次。發動機和飛輪處的噪聲為主要噪聲源。

        (2)通過分析扭轉減振器特性參數對扭振特性的影響分析可知,當發動機作為輸入激勵源時,扭轉減振器的阻尼和剛度調整對低頻段扭振有較明顯的削弱作用,而對高頻扭振影響不大。當采用主電機作為輸入激勵源時,阻尼的調整對高頻扭振有一定削弱,而對低頻扭振沒有影響。剛度的調整對低頻扭振有一定削弱,而對高頻扭振影響不大。
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        在9月份結束的法蘭克福車展上,日產推出了新一代奇駿車型,相較上一代車型,新一代車型在技術方面有了更豐富的儲備,特別是在主動...
        發表于 04-23 08:01 ? 461次 閱讀
        關于日產新奇駿技術淺析

        福特銳界概念車搭載了全新的自動駕駛技術

            福特在本屆洛杉磯車展上推出了福特銳界概念車。據悉,這款車中搭載了全新的自動駕駛技術,其中包括福特前不久剛發...
        發表于 04-22 06:51 ? 360次 閱讀
        福特銳界概念車搭載了全新的自動駕駛技術

        在插混沒電的情況下,油耗也會比燃油車低嗎

        插混從車輛的結構上面去看有著兩套動力系統總成,作為新能源汽車當中的一種類型,它可以像電動汽車一樣純電....
        發表于 03-10 09:00 ? 260次 閱讀
        在插混沒電的情況下,油耗也會比燃油車低嗎

        斯柯達旗下首款插電混動車型有戲嗎?

        日前,斯柯達發布了旗下首款插電混動車型明銳RS iV的官圖,新車不僅是一輛新能源車那么簡單,同時也是....
        的頭像 汽車玩家 發表于 03-05 17:06 ? 1385次 閱讀
        斯柯達旗下首款插電混動車型有戲嗎?

        為什么增程器動力系統在高速的時候油耗會變高

        增程式動力系統車型在工作的過程當中,根本就不需要為續航里程來進行擔心,因為根據車輛的特來說,是在純電....
        的頭像 工程師鄧生 發表于 01-19 16:06 ? 1213次 閱讀
        為什么增程器動力系統在高速的時候油耗會變高

        降低CO2排放 高效內燃機與48V插電式動力設備的組合動力系統就能解決

        當前針對汽車電動化的大力推行使得車用內燃機的發展每況愈下,AVL 公司作為回應,從而開發了一種高效內....
        發表于 01-17 16:27 ? 457次 閱讀
        降低CO2排放 高效內燃機與48V插電式動力設備的組合動力系統就能解決

        Equipmake新電動公交車動力系統,明年或將投入使用

        據外媒報道,英國Equipment公司推出新的電動公交車動力系統。全新低地臺EBus電動底盤,主要是....
        的頭像 汽車玩家 發表于 11-16 11:06 ? 2625次 閱讀
        Equipmake新電動公交車動力系統,明年或將投入使用

        巴魯夫在金屬加工行業中的多種解決方案介紹

        在金屬加工行業中,巴魯夫與具有創新能力的多年戰略合作伙伴開發了多種解決方案,我們與機床及系統集成商共....
        發表于 10-25 14:43 ? 437次 閱讀
        巴魯夫在金屬加工行業中的多種解決方案介紹

        SIMPACK的作用是什么?

        利用SIMPACK軟件,工程師可以像構筑CAD模型一樣,快速建立機械系統和機電系統的的動力學模型,包含關節、約束、各種外...
        發表于 10-15 09:02 ? 128次 閱讀
        SIMPACK的作用是什么?

        純電動汽車它在市場中的競爭優勢是什么

        純電動汽車是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,由于對環境影響相對傳統汽車較小,其前景被廣泛看好....
        發表于 09-26 15:38 ? 615次 閱讀
        純電動汽車它在市場中的競爭優勢是什么

        關于純電動汽車整車控制器的分析和介紹

        純電動汽車整車控制器系統方案來自英飛凌汽車電子產業化合作伙伴。純電動汽車整車控制器對新能源汽車的動力....
        的頭像 英飛凌汽車電子生態圈 發表于 09-25 15:17 ? 3040次 閱讀
        關于純電動汽車整車控制器的分析和介紹

        所謂的純電動汽車未必就是純粹的電動汽車

        “油改電”,簡單來說,就是把燃油車的油箱、發動機、變速器等動力部分拿掉,換成電動汽車的“三電”(電池....
        發表于 09-12 15:55 ? 730次 閱讀
        所謂的純電動汽車未必就是純粹的電動汽車

        選擇新能源汽車究竟有什么好處呢

        先普及一下知識。我們現在講的新能源汽車無外乎這三種,一種是插電混合動力汽車(HEV),市面上這種車型....
        發表于 08-15 15:11 ? 930次 閱讀
        選擇新能源汽車究竟有什么好處呢

        隨機動力系統怎么實現策略搜索?

        隨機輸入使我們的模型能夠自動捕獲復雜的噪聲模式,提高基于模型的模擬質量,并在實踐中制定出更好的策略。...
        發表于 08-12 07:07 ? 207次 閱讀
        隨機動力系統怎么實現策略搜索?

        油混汽車相比于燃油車的優勢是什么

        現在人們對于車輛的燃油經濟性要求是越來越高了,于是很多混動車輛開始進入人們的視野,其中主要以油電混合....
        發表于 08-07 14:55 ? 1103次 閱讀
        油混汽車相比于燃油車的優勢是什么

        啟停系統的三種分類概述

            對于“啟停系統”這個詞或許大家都不陌生,但是對其可能有所誤解,認為所有的啟停系統都是以相同方式工作的。如...
        發表于 07-19 07:27 ? 1015次 閱讀
        啟停系統的三種分類概述

        盤點10項汽車智能化技術

            汽車智能化是一個籠統的概念,而將其按功能性細化后,汽車智能化技術能為司機帶來多方面的收益。例如,增加駕車安...
        發表于 07-03 06:08 ? 887次 閱讀
        盤點10項汽車智能化技術
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