汽车传动系的动态设计理论与方法

刘凯+姚成林

摘 要：目前，在汽车传动系的设计环节，依然存在诸多问题，所以，我们要针对汽车传动系的设计工作展开分析，提高汽车传动系的设计质量和水平。本文主要研究了汽车传动系的设计方式，明确了在设计的过程中应该采取的设计理念和设计的方法，希望可以为今后设计工作带来参考。

关键词：汽车传动系，动态设计，理论，方法

前言

在汽车制造业快速发展的今天，汽车传动系的设计至关重要，直接影响汽车制造业的设计效果，所以，我们有必要对汽车传动系的设计理论和方法进行探讨，提高汽车传动系运用效果。

1、传动系统的评价体系

优化匹配汽车传动系统是在汽车设计中保证动力性前提下降低汽车燃油消耗率所采取的有效措施。计算机等科技领域的不断发展以及数学算法的不断改进为优化汽车的动力传动系统提供了有效工具。对于提高汽车动力性、燃油经济性主要在于汽车动力传动系统匹配的合理程度，即发动机性能与传动系形式及参数的合理选择。能与发动机合理匹配的传动系可以使发动机经常在经济工作区域内工作。以汽车燃油经济性为优化目标、整车动力性为约束条件进行动力传动系统匹配研究，对于提高企业自主开发能力和产品的市场竞力具有重要意义。

1.1动力性

汽车的动力性主要体现在其性能上，对于汽车来说动力性的主要评价因素包括，最高车速、加速性能、爬坡性能。最高车速是指汽车所能达到的最大行进速度，也代表了发动机所能够输出的最大动力，当然这只能代表汽车的所能达到的极限速度，而非一般速度，汽车虽然可以保证最高车速，但是受到其他因素影响严重，所以一般的最高车速都是指在没有过多因素影响下所能达到的最大速度。加速性能是指汽车的动力输出能力，一般来说加速度标志了汽车的实际传动能力，一般来说现阶段所常用的加速度评价标准是汽车在不同档位下从零或特定速度下达到另一个特定速度所消耗的最少时间（如起步连续换挡加速至100km/h或3档40～80km/h加速时间等）。

1.2燃料经济性

燃料经济性是指，汽车在行驶过程中所消耗的燃料量，对于燃料经济性的评价标准分为两点，其一是等速燃料经济性，其二是多工况燃料经济性。等速燃料经济性是指汽车在额定承重下，以最高档位速度在一般路况条件下每百公里所消耗的燃料量，其中对于消耗燃料的评价并不是以平均燃料使用来计算的，而是在不同的速度的情况下测量具体的燃料使用，一般来说汽车的燃料经济性对比是存在曲线对比的，因为汽车传动的差距导致耗油量根据速度的改变而出现变化。也就是说不同的车辆在不同的速度下的燃料经济性的差距是在变化的。

1.3动力与燃料综合指数

我们从不同的角度出发，对汽车传动的评价方式不同，动力性评价只针对于汽车传动系动力部分的评价，但是动力越足的汽车燃料消耗也就越大。而燃料经济性评价对于燃料消耗的过于关注，那么燃料消耗越小的汽车，其动力性一定不高。所以汽车传动系设计中一般是兼顾这两种评价方式同时进行，在保证汽车动力时，尽力降低能耗，提高汽车传动系的转化能力，提高燃料的利用率。在评价时将动力性和燃料经济性作为评价体系中的两个因素，按照汽车的不同类型来确定两个因素的权重值，并进行分析和评价。

2、汽车传动系动态设计的研究内容

汽车的动力性、燃油经济性和排放特性的好坏在很大程度上取决于发动机的性能和传动系形式及参数的选择和汽车动力传动系统合理匹配的程度。汽车传动系主要包括传动轴、主减速器及等速驱动轴等关键零部件，影响传动系NVH主要原因有零部件性能和装配方法两方面。其中总成零部件性能因素主要有传动轴动平衡、主减动平衡及齿轮啮合噪音、驱动轴摆振等。

2.1藕合机理及对振动特性的影响

传动系弯曲、扭转振动藕合，是指其弯曲振动系的弯曲振动和扭转振动系的扭转振动之间的相互影响.国内外对传动系弯曲振动和扭转振动特性的研究已相当成熟，传统的理论计算、试验模态分析、模态综合方法和有限元法得到了综合应用，所建模型具有一定的精度，并结合试验研究，能解决一些与动力传动系弯曲、扭转振动相关的实际问题.传动系弯曲、扭转振动耦合的问题是很复杂的，目前这方面的研究还不够深人，对弯曲、扭转振动耦合机理的了解也很不全面，所建立的考虑弯曲、扭转振动及其相互间振动藕合的传动系振动综合分析模型的精度不高。因此，对于传动系的弯曲、扭转振动藕合问题，在藕合机理和系统建模等方面尚待深思研究。

2.2传动系动态建模方法研究

动态设计是对产品结构进行动力学建模，并作动态特性分析，再通过结构动态优化设计，得到一个具有良好静、动特性的产品设计方案.在对复杂机械结构动力分析和动态设计方面，有限元是一种应用最广的理论建模方法。利用弹性力学有限元法建立结构的动力学模型，进而可以计算出结构的固有频率、振型等模态参数以及动力响应，在此基础上还可根据不同需要对机械结构进行动态设计。

传递矩阵建模法属于集中参数模型方法，主要用于研究轴类组件的弯曲振动和机械传动系统的扭转振动.该方法只需对一些阶次不高的传递矩阵进行乘法运算，在数值求解时也只涉及低阶次的传递矩阵和行列式.用传递矩阵法和有限元法等离散方法建模，虽然理论上能获得较高的建模精度，但由于边界条件、结合面动力学参数难于预先估计，往往会造成不能容许的建模误差。近年来，理论和实验相结合的动力学建模研究工作，主要集中在以理论有限元模型为先验模型，用实测动态数据，通过不同方法，对其先验模型进行修正。汽车传动系动态设计可采用理论建模与试验模态分析相结合的混合建模方法，包括有限元建模及自由度凝聚、有限元模型的修正、结合面动力学参数识别、各子结构模态动态综合。

常用的动态设计方法是优化法。即首先根据结构的功能要求选择设计参数的初值，并据此计算结构的初始动态特性。优化的目的是对初始设计参数值进行微调，使结构动态特性满足工作要求。

由于传动系振动系统的设计变量与其动态特性参数之间的关系，是一种高度非线性的映射关系。人工神经网络模型是一种描述和处理非线性关系的有力数学工具.基于人工神经网络模型的动态设计方法，是利用神经网络模型极强的非线性映射功能，取代传统的有限元模型，利用新的人工神经网络模型可实现快速、简捷的结构动态特性重分析。基于神经网络的动态设计理论与方法尚待深人研究。

3、结束语

综上所述，针对汽车传动系的設计，一定要从各个环节着手，针对汽车设计的要求来制定设计方法，提高汽车传动系的设计理论水平，并综合各类设计的方法，把握设计的质量。

参考文献：

[1]王英姿.汽车新产品开发中的标准化工作[J].上海汽车，2016，02：35-37.

[2]陈虹，宫洵，胡云峰，刘奇芳，高炳钊，郭洪艳.汽车控制的研究现状与展望[J].自动化学报，2016，04：322-346.