汽車(chē)傳動(dòng)系的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法

劉凱+姚成林

摘 要：目前，在汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，依然存在諸多問(wèn)題，所以，我們要針對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)工作展開(kāi)分析，提高汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平。本文主要研究了汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)方式，明確了在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)該采取的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)的方法，希望可以為今后設(shè)計(jì)工作帶來(lái)參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)傳動(dòng)系，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，理論，方法

前言

在汽車(chē)制造業(yè)快速發(fā)展的今天，汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，直接影響汽車(chē)制造業(yè)的設(shè)計(jì)效果，所以，我們有必要對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行探討，提高汽車(chē)傳動(dòng)系運(yùn)用效果。

1、傳動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系

優(yōu)化匹配汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)是在汽車(chē)設(shè)計(jì)中保證動(dòng)力性前提下降低汽車(chē)燃油消耗率所采取的有效措施。計(jì)算機(jī)等科技領(lǐng)域的不斷發(fā)展以及數(shù)學(xué)算法的不斷改進(jìn)為優(yōu)化汽車(chē)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)提供了有效工具。對(duì)于提高汽車(chē)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性主要在于汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配的合理程度，即發(fā)動(dòng)機(jī)性能與傳動(dòng)系形式及參數(shù)的合理選擇。能與發(fā)動(dòng)機(jī)合理匹配的傳動(dòng)系可以使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在經(jīng)濟(jì)工作區(qū)域內(nèi)工作。以汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性為優(yōu)化目標(biāo)、整車(chē)動(dòng)力性為約束條件進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配研究，對(duì)于提高企業(yè)自主開(kāi)發(fā)能力和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)力具有重要意義。

1.1動(dòng)力性

汽車(chē)的動(dòng)力性主要體現(xiàn)在其性能上，對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)動(dòng)力性的主要評(píng)價(jià)因素包括，最高車(chē)速、加速性能、爬坡性能。最高車(chē)速是指汽車(chē)所能達(dá)到的最大行進(jìn)速度，也代表了發(fā)動(dòng)機(jī)所能夠輸出的最大動(dòng)力，當(dāng)然這只能代表汽車(chē)的所能達(dá)到的極限速度，而非一般速度，汽車(chē)雖然可以保證最高車(chē)速，但是受到其他因素影響嚴(yán)重，所以一般的最高車(chē)速都是指在沒(méi)有過(guò)多因素影響下所能達(dá)到的最大速度。加速性能是指汽車(chē)的動(dòng)力輸出能力，一般來(lái)說(shuō)加速度標(biāo)志了汽車(chē)的實(shí)際傳動(dòng)能力，一般來(lái)說(shuō)現(xiàn)階段所常用的加速度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是汽車(chē)在不同檔位下從零或特定速度下達(dá)到另一個(gè)特定速度所消耗的最少時(shí)間（如起步連續(xù)換擋加速至100km/h或3檔40～80km/h加速時(shí)間等）。

1.2燃料經(jīng)濟(jì)性

燃料經(jīng)濟(jì)性是指，汽車(chē)在行駛過(guò)程中所消耗的燃料量，對(duì)于燃料經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為兩點(diǎn)，其一是等速燃料經(jīng)濟(jì)性，其二是多工況燃料經(jīng)濟(jì)性。等速燃料經(jīng)濟(jì)性是指汽車(chē)在額定承重下，以最高檔位速度在一般路況條件下每百公里所消耗的燃料量，其中對(duì)于消耗燃料的評(píng)價(jià)并不是以平均燃料使用來(lái)計(jì)算的，而是在不同的速度的情況下測(cè)量具體的燃料使用，一般來(lái)說(shuō)汽車(chē)的燃料經(jīng)濟(jì)性對(duì)比是存在曲線(xiàn)對(duì)比的，因?yàn)槠?chē)傳動(dòng)的差距導(dǎo)致耗油量根據(jù)速度的改變而出現(xiàn)變化。也就是說(shuō)不同的車(chē)輛在不同的速度下的燃料經(jīng)濟(jì)性的差距是在變化的。

1.3動(dòng)力與燃料綜合指數(shù)

我們從不同的角度出發(fā)，對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)的評(píng)價(jià)方式不同，動(dòng)力性評(píng)價(jià)只針對(duì)于汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)力部分的評(píng)價(jià)，但是動(dòng)力越足的汽車(chē)燃料消耗也就越大。而燃料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)對(duì)于燃料消耗的過(guò)于關(guān)注，那么燃料消耗越小的汽車(chē)，其動(dòng)力性一定不高。所以汽車(chē)傳動(dòng)系設(shè)計(jì)中一般是兼顧這兩種評(píng)價(jià)方式同時(shí)進(jìn)行，在保證汽車(chē)動(dòng)力時(shí)，盡力降低能耗，提高汽車(chē)傳動(dòng)系的轉(zhuǎn)化能力，提高燃料的利用率。在評(píng)價(jià)時(shí)將動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性作為評(píng)價(jià)體系中的兩個(gè)因素，按照汽車(chē)的不同類(lèi)型來(lái)確定兩個(gè)因素的權(quán)重值，并進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

2、汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容

汽車(chē)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性的好壞在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和傳動(dòng)系形式及參數(shù)的選擇和汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)合理匹配的程度。汽車(chē)傳動(dòng)系主要包括傳動(dòng)軸、主減速器及等速驅(qū)動(dòng)軸等關(guān)鍵零部件，影響傳動(dòng)系NVH主要原因有零部件性能和裝配方法兩方面。其中總成零部件性能因素主要有傳動(dòng)軸動(dòng)平衡、主減動(dòng)平衡及齒輪嚙合噪音、驅(qū)動(dòng)軸擺振等。

2.1藕合機(jī)理及對(duì)振動(dòng)特性的影響

傳動(dòng)系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)藕合，是指其彎曲振動(dòng)系的彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)之間的相互影響.國(guó)內(nèi)外對(duì)傳動(dòng)系彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性的研究已相當(dāng)成熟，傳統(tǒng)的理論計(jì)算、試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析、模態(tài)綜合方法和有限元法得到了綜合應(yīng)用，所建模型具有一定的精度，并結(jié)合試驗(yàn)研究，能解決一些與動(dòng)力傳動(dòng)系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題.傳動(dòng)系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)耦合的問(wèn)題是很復(fù)雜的，目前這方面的研究還不夠深人，對(duì)彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)耦合機(jī)理的了解也很不全面，所建立的考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及其相互間振動(dòng)藕合的傳動(dòng)系振動(dòng)綜合分析模型的精度不高。因此，對(duì)于傳動(dòng)系的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)藕合問(wèn)題，在藕合機(jī)理和系統(tǒng)建模等方面尚待深思研究。

2.2傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)建模方法研究

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并作動(dòng)態(tài)特性分析，再通過(guò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到一個(gè)具有良好靜、動(dòng)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案.在對(duì)復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面，有限元是一種應(yīng)用最廣的理論建模方法。利用彈性力學(xué)有限元法建立結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型等模態(tài)參數(shù)以及動(dòng)力響應(yīng)，在此基礎(chǔ)上還可根據(jù)不同需要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

傳遞矩陣建模法屬于集中參數(shù)模型方法，主要用于研究軸類(lèi)組件的彎曲振動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng).該方法只需對(duì)一些階次不高的傳遞矩陣進(jìn)行乘法運(yùn)算，在數(shù)值求解時(shí)也只涉及低階次的傳遞矩陣和行列式.用傳遞矩陣法和有限元法等離散方法建模，雖然理論上能獲得較高的建模精度，但由于邊界條件、結(jié)合面動(dòng)力學(xué)參數(shù)難于預(yù)先估計(jì)，往往會(huì)造成不能容許的建模誤差。近年來(lái)，理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的動(dòng)力學(xué)建模研究工作，主要集中在以理論有限元模型為先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，用?shí)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)不同方法，對(duì)其先驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行修正。汽車(chē)傳動(dòng)系動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可采用理論建模與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析相結(jié)合的混合建模方法，包括有限元建模及自由度凝聚、有限元模型的修正、結(jié)合面動(dòng)力學(xué)參數(shù)識(shí)別、各子結(jié)構(gòu)模態(tài)動(dòng)態(tài)綜合。

常用的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法是優(yōu)化法。即首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求選擇設(shè)計(jì)參數(shù)的初值，并據(jù)此計(jì)算結(jié)構(gòu)的初始動(dòng)態(tài)特性。優(yōu)化的目的是對(duì)初始設(shè)計(jì)參數(shù)值進(jìn)行微調(diào)，使結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性滿(mǎn)足工作要求。

由于傳動(dòng)系振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變量與其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)之間的關(guān)系，是一種高度非線(xiàn)性的映射關(guān)系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種描述和處理非線(xiàn)性關(guān)系的有力數(shù)學(xué)工具.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型極強(qiáng)的非線(xiàn)性映射功能，取代傳統(tǒng)的有限元模型，利用新的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可實(shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)捷的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性重分析。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法尚待深人研究。

3、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)，一定要從各個(gè)環(huán)節(jié)著手，針對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)的要求來(lái)制定設(shè)計(jì)方法，提高汽車(chē)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)理論水平，并綜合各類(lèi)設(shè)計(jì)的方法，把握設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

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