汽車傳動系的動態(tài)設計理論與方法

劉凱+姚成林

摘 要：目前，在汽車傳動系的設計環(huán)節(jié)，依然存在諸多問題，所以，我們要針對汽車傳動系的設計工作展開分析，提高汽車傳動系的設計質(zhì)量和水平。本文主要研究了汽車傳動系的設計方式，明確了在設計的過程中應該采取的設計理念和設計的方法，希望可以為今后設計工作帶來參考。

關鍵詞：汽車傳動系，動態(tài)設計，理論，方法

前言

在汽車制造業(yè)快速發(fā)展的今天，汽車傳動系的設計至關重要，直接影響汽車制造業(yè)的設計效果，所以，我們有必要對汽車傳動系的設計理論和方法進行探討，提高汽車傳動系運用效果。

1、傳動系統(tǒng)的評價體系

優(yōu)化匹配汽車傳動系統(tǒng)是在汽車設計中保證動力性前提下降低汽車燃油消耗率所采取的有效措施。計算機等科技領域的不斷發(fā)展以及數(shù)學算法的不斷改進為優(yōu)化汽車的動力傳動系統(tǒng)提供了有效工具。對于提高汽車動力性、燃油經(jīng)濟性主要在于汽車動力傳動系統(tǒng)匹配的合理程度，即發(fā)動機性能與傳動系形式及參數(shù)的合理選擇。能與發(fā)動機合理匹配的傳動系可以使發(fā)動機經(jīng)常在經(jīng)濟工作區(qū)域內(nèi)工作。以汽車燃油經(jīng)濟性為優(yōu)化目標、整車動力性為約束條件進行動力傳動系統(tǒng)匹配研究，對于提高企業(yè)自主開發(fā)能力和產(chǎn)品的市場競力具有重要意義。

1.1動力性

汽車的動力性主要體現(xiàn)在其性能上，對于汽車來說動力性的主要評價因素包括，最高車速、加速性能、爬坡性能。最高車速是指汽車所能達到的最大行進速度，也代表了發(fā)動機所能夠輸出的最大動力，當然這只能代表汽車的所能達到的極限速度，而非一般速度，汽車雖然可以保證最高車速，但是受到其他因素影響嚴重，所以一般的最高車速都是指在沒有過多因素影響下所能達到的最大速度。加速性能是指汽車的動力輸出能力，一般來說加速度標志了汽車的實際傳動能力，一般來說現(xiàn)階段所常用的加速度評價標準是汽車在不同檔位下從零或特定速度下達到另一個特定速度所消耗的最少時間（如起步連續(xù)換擋加速至100km/h或3檔40～80km/h加速時間等）。

1.2燃料經(jīng)濟性

燃料經(jīng)濟性是指，汽車在行駛過程中所消耗的燃料量，對于燃料經(jīng)濟性的評價標準分為兩點，其一是等速燃料經(jīng)濟性，其二是多工況燃料經(jīng)濟性。等速燃料經(jīng)濟性是指汽車在額定承重下，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，其中對于消耗燃料的評價并不是以平均燃料使用來計算的，而是在不同的速度的情況下測量具體的燃料使用，一般來說汽車的燃料經(jīng)濟性對比是存在曲線對比的，因為汽車傳動的差距導致耗油量根據(jù)速度的改變而出現(xiàn)變化。也就是說不同的車輛在不同的速度下的燃料經(jīng)濟性的差距是在變化的。

1.3動力與燃料綜合指數(shù)

我們從不同的角度出發(fā)，對汽車傳動的評價方式不同，動力性評價只針對于汽車傳動系動力部分的評價，但是動力越足的汽車燃料消耗也就越大。而燃料經(jīng)濟性評價對于燃料消耗的過于關注，那么燃料消耗越小的汽車，其動力性一定不高。所以汽車傳動系設計中一般是兼顧這兩種評價方式同時進行，在保證汽車動力時，盡力降低能耗，提高汽車傳動系的轉(zhuǎn)化能力，提高燃料的利用率。在評價時將動力性和燃料經(jīng)濟性作為評價體系中的兩個因素，按照汽車的不同類型來確定兩個因素的權重值，并進行分析和評價。

2、汽車傳動系動態(tài)設計的研究內(nèi)容

汽車的動力性、燃油經(jīng)濟性和排放特性的好壞在很大程度上取決于發(fā)動機的性能和傳動系形式及參數(shù)的選擇和汽車動力傳動系統(tǒng)合理匹配的程度。汽車傳動系主要包括傳動軸、主減速器及等速驅(qū)動軸等關鍵零部件，影響傳動系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軸動平衡、主減動平衡及齒輪嚙合噪音、驅(qū)動軸擺振等。

2.1藕合機理及對振動特性的影響

傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動藕合，是指其彎曲振動系的彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動系的扭轉(zhuǎn)振動之間的相互影響.國內(nèi)外對傳動系彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動特性的研究已相當成熟，傳統(tǒng)的理論計算、試驗模態(tài)分析、模態(tài)綜合方法和有限元法得到了綜合應用，所建模型具有一定的精度，并結合試驗研究，能解決一些與動力傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動相關的實際問題.傳動系彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合的問題是很復雜的，目前這方面的研究還不夠深人，對彎曲、扭轉(zhuǎn)振動耦合機理的了解也很不全面，所建立的考慮彎曲、扭轉(zhuǎn)振動及其相互間振動藕合的傳動系振動綜合分析模型的精度不高。因此，對于傳動系的彎曲、扭轉(zhuǎn)振動藕合問題，在藕合機理和系統(tǒng)建模等方面尚待深思研究。

2.2傳動系動態(tài)建模方法研究

動態(tài)設計是對產(chǎn)品結構進行動力學建模，并作動態(tài)特性分析，再通過結構動態(tài)優(yōu)化設計，得到一個具有良好靜、動特性的產(chǎn)品設計方案.在對復雜機械結構動力分析和動態(tài)設計方面，有限元是一種應用最廣的理論建模方法。利用彈性力學有限元法建立結構的動力學模型，進而可以計算出結構的固有頻率、振型等模態(tài)參數(shù)以及動力響應，在此基礎上還可根據(jù)不同需要對機械結構進行動態(tài)設計。

傳遞矩陣建模法屬于集中參數(shù)模型方法，主要用于研究軸類組件的彎曲振動和機械傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動.該方法只需對一些階次不高的傳遞矩陣進行乘法運算，在數(shù)值求解時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、結合面動力學參數(shù)難于預先估計，往往會造成不能容許的建模誤差。近年來，理論和實驗相結合的動力學建模研究工作，主要集中在以理論有限元模型為先驗模型，用實測動態(tài)數(shù)據(jù)，通過不同方法，對其先驗模型進行修正。汽車傳動系動態(tài)設計可采用理論建模與試驗模態(tài)分析相結合的混合建模方法，包括有限元建模及自由度凝聚、有限元模型的修正、結合面動力學參數(shù)識別、各子結構模態(tài)動態(tài)綜合。

常用的動態(tài)設計方法是優(yōu)化法。即首先根據(jù)結構的功能要求選擇設計參數(shù)的初值，并據(jù)此計算結構的初始動態(tài)特性。優(yōu)化的目的是對初始設計參數(shù)值進行微調(diào)，使結構動態(tài)特性滿足工作要求。

由于傳動系振動系統(tǒng)的設計變量與其動態(tài)特性參數(shù)之間的關系，是一種高度非線性的映射關系。人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型是一種描述和處理非線性關系的有力數(shù)學工具.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的動態(tài)設計方法，是利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型極強的非線性映射功能，取代傳統(tǒng)的有限元模型，利用新的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型可實現(xiàn)快速、簡捷的結構動態(tài)特性重分析。基于神經(jīng)網(wǎng)絡的動態(tài)設計理論與方法尚待深人研究。

3、結束語

綜上所述，針對汽車傳動系的設計，一定要從各個環(huán)節(jié)著手，針對汽車設計的要求來制定設計方法，提高汽車傳動系的設計理論水平，并綜合各類設計的方法，把握設計的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]王英姿.汽車新產(chǎn)品開發(fā)中的標準化工作[J].上海汽車，2016，02：35-37.

[2]陳虹，宮洵，胡云峰，劉奇芳，高炳釗，郭洪艷.汽車控制的研究現(xiàn)狀與展望[J].自動化學報，2016，04：322-346.