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)
、剛(gang)度(du)的(de)變(bian)化(hua)等(deng)目(mu)標(biao)優(you)化(hua)參(can)數(shu)對(dui)多(duo)級(ji)齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)產(chan)生(sheng)的(de)扭(niu)轉(zhuan)振(zhen)動(dong)的(de)影(ying)響(xiang)。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，將(jiang)扭(niu)轉(zhuan)減(jian)振(zhen)器(qi)參(can)數(shu)調(tiao)整(zheng)在(zai)適(shi)當(dang)範(fan)圍(wei)內(nei)，對(dui)多(duo)級(ji)齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)部(bu)分(fen)階(jie)次(ci)的(de)扭(niu)轉(zhuan)振(zhen)動(dong)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)衰(shuai)減(jian)作(zuo)用(yong)。

 

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 等(deng)采(cai)用(yong)實(shi)驗(yan)的(de)方(fang)法(fa)對(dui)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)矩(ju)波(bo)動(dong)作(zuo)為(wei)動(dong)力(li)總(zong)成(cheng)的(de)激(ji)勵(li)源(yuan)進(jin)行(xing)了(le)驗(yan)證(zheng)
，證(zheng)明(ming)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)矩(ju)波(bo)動(dong)產(chan)生(sheng)的(de)激(ji)勵(li)是(shi)動(dong)力(li)總(zong)成(cheng)扭(niu)振(zhen)的(de)主(zhu)要(yao)激(ji)勵(li)源(yuan)之(zhi)一(yi)。

 

Yue 等(deng)對(dui)混(hun)合(he)動(dong)力(li)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)力(li)學(xue)特(te)性(xing)進(jin)行(xing)了(le)分(fen)析(xi)，並(bing)研(yan)究(jiu)了(le)該(gai)係(xi)統(tong)的(de)振(zhen)動(dong)特(te)征(zheng)。根(gen)據(ju)以(yi)上(shang)研(yan)究(jiu)可(ke)知(zhi)，發(fa)動(dong)機(ji)或(huo)電(dian)機(ji)是(shi)傳(chuan)動(dong)係(xi)統(tong)扭(niu)振(zhen)的(de)重(zhong)要(yao)激(ji)勵(li)源(yuan)。為(wei)了(le)減(jian)少(shao)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)的(de)振(zhen)動(dong)和(he)噪(zao)聲(sheng)，需(xu)要(yao)采(cai)取(qu)相(xiang)關(guan)的(de)措(cuo)施(shi)，采(cai)用(yong)阻(zu)尼(ni)減(jian)振(zhen)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)衰(shuai)減(jian)扭(niu)振(zhen)的(de)有(you)效(xiao)措(cuo)施(shi)。當(dang)汽(qi)車(che)動(dong)力(li)輸(shu)入(ru)端(duan)存(cun)在(zai)激(ji)勵(li)時(shi)，齒(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)機(ji)構(gou)是(shi)產(chan)生(sheng)振(zhen)動(dong)和(he)噪(zao)聲(sheng)的(de)主(zhu)要(yao)總(zong)成(cheng)之(zhi)一(yi)。

 

Paul D dengduiyuqichechuandongxidezhudongzuniduihuandangchanshengdeshunshizhendongjinxingleyanjiu，tichuleyizhongzhudongkongzhicelve
，bingduiqizaichuantongqichehehunhedongliqicheshangdeyingyongxiaoguojinxingleduibi。linxinhaidengtongguomotaishiyanhetaijiashiyanxiangjiehedefangfafenxileyingxiangchilunxiangzhendongdezhuyaoyinsu。

 

Tang 等deng對dui混hun合he動dong力li汽qi車che行xing星xing齒chi輪lun結jie構gou的de噪zao聲sheng源yuan進jin行xing了le理li論lun分fen析xi和he實shi驗yan驗yan證zheng。這zhe些xie方fang法fa的de共gong同tong點dian是shi基ji於yu理li論lun計ji算suan的de方fang法fa來lai分fen析xi齒chi輪lun扭niu振zhen特te性xing。理li論lun計ji算suan方fang法fa需xu要yao建jian立li精jing確que的de齒chi輪lun數shu學xue模mo型xing，計ji算suan的de結jie果guo較jiao為wei精jing確que
，但dan對dui於yu較jiao為wei複fu雜za的de傳chuan動dong來lai講jiang
，係xi統tong存cun在zai較jiao多duo的de自zi由you度du


，建jian立li完wan善shan的de模mo型xing過guo程cheng較jiao為wei繁fan瑣suo
，對dui模mo型xing的de修xiu正zheng也ye較jiao為wei困kun難nan，一yi旦dan模mo型xing建jian立li錯cuo誤wu
，修xiu改gai起qi來lai比bi較jiao麻ma煩fan。

 

而采用 Adams dengduotidonglixueruanjianjinxingdonglixuemoxinggoujianhefenxidefangfa，zejiaoweifangbianzhiguan，bingnenggoumonichuandongjigouniuzhendechuanditexing。danzhezhongfangfaquenanyiduichilunfumoxingniehecanshujinxingjingquemiaoshu，suoyi，zaijinxingchilundonglixuefenxishixiaoguojiaocha。yixieyanjiuzhetichuletidaifangfa，hongqingquandengtichuleyizhongzai 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 dengyecaiyongzhezhongfangfaduihunhedongliqichexingxingchilunjigoudeniuzhentexingjinxinglefenxi，weihunhedongliqichedejiangzaoyanjiutigonglecankao
，dangaifangfazhishiyiniuhuangdedengjiazunihedengjiagangdujinsididaitichilunniehe
，erwufajianlichilunxiuxingxishu、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 zhongjianlijingquedechilunmoxing，bingyingyongchilunnieheliyuanjianlichilunlianjie。genjusuojianmoxingjianliniuzhenfangzhenxitong
，bingduihunhedonglichuandongxitongdeniuzhentexingjinxingyanjiu
，fenxigebujianniuzhentezhengpinlvheguanjiancanshuduiniuzhendeyingxiang。

 

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） zunijianzhenqiqianhoufenbieyufadongjihexingxingjialianjie，kejianhuaweiyouzunideniuzhuandanhuang。yaojinxingxingxinglunxideniuzhenfenxi
，jianligeniehechilunfudedonglixuemoxingshiguanjian。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 zhongkegenjujianlihaodedonglixuemoxinglaijianliniuzhenfangzhenxitong。niuzhenfangzhenxitongkeyifenxipinyufanweineideguyoupinlvhepinlvxiangying。xitongkeyishezhiziyouzhendongjilizuoweishuru。fangzhenxitongbaohan 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。