CN113525560A - 汽车动力传递路线布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车动力传递路线布置方法，包括步骤：S1、动力传递路线初步布置；S2、初步布置动力传递路线的CAE分析；S3、动力传递路线的优化调整。本发明的汽车动力传递路线布置方法，对动力传动路线常用工况布置进行优先排序和设定设计目标，结合CAE分析对初始布置方案进行优化调整，使布置和实际使用工况精确吻合，动力传递路线各线段夹角满足速度和力矩波动设计优化目标。

Description

汽车动力传递路线布置方法

技术领域

本发明属于汽车动力传动技术领域，具体地说，本发明涉及一种汽车动力传递路线布置方法。

背景技术

发动机、变速箱、传动轴、后桥构成汽车的动力传动系统；发动机和变速箱通常采用装配连接为一个刚体，发动机曲轴中心和变速箱输出轴中心位于同一直线上，轻型汽车通常采用三点悬置将发动机和变速箱装配在车架上，发动机左右各有一个悬置支撑，变速箱有一个悬置支撑；传动轴根据轴距的长短设置一个或多个，轻型商用车一般采用两个传动轴连接，即中间传动轴和传动轴滑插总成，中间传动轴一端通过十字轴和变速箱输出端连接，另一端通过十字轴和传动轴滑插总成连接，传动轴滑插总成通过十字轴和后桥主动齿轮输入端连接，传动轴滑插用于吸收后桥跳动引起的传动轴长度变化。

总布置一般只布置发动机曲轴轴线、中间传动轴轴线、传动轴滑插总成轴线、后桥主动齿轮轴线，上述四种中心线的连线代表动力由发动机向车轮传递的路径，通常称之为动力传递路线，对动力传递路线的布置有时也简称为动力线布置。

轻型商用车通常采用十字轴万向节连接，根据汽车设计理论(参见清华大学出版社刘惟信主编汽车设计)，由于单个十字轴传动的不等速特性，在动力传动过程中会产生转速、转矩周期波动，转速及力矩波动关系，其波动大小与主动轴与从动轴的夹角大小成正比，影响汽车的动力经济性及NVH水平；对于单节传动轴，实现等速传动的条件是传动轴两端夹角相等，双节传动轴末端夹角的余弦值等于两前段夹角各自余弦值的乘积。

传统动力传动路线在布置时遵循以上方法，但假设发动机及传动轴在车架上的固定点位置是不变的，后桥随悬架的弹性变形做前后移动和上下平动；实际上车架受力不是均匀的，并且随着车辆载荷的不同而发生弯曲及扭转，发动机和传动轴的固定点随着车架的弯曲扭转而相应变化，和车架连接的悬架在工作中也会发生弯曲和扭转，后桥跟随悬架相应扭转而不仅是上下平动和前后移动，因此采用传统布置方式相对于车辆实际工作存在偏差，布置的动力传递路线各轴间夹角与汽车实际工况也不相同，实际工况与设计目标存在差异，达不到预期的要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种汽车动力传递路线布置方法，目的是提供布置精度。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：汽车动力传递路线布置方法，包括步骤：

S1、动力传递路线初步布置；

S2、初步布置动力传递路线的CAE分析；

S3、动力传递路线的优化调整。

所述步骤S1包括：

S101、布置所有动力传递部件的轴线，依次连接所有动力传递部件的轴线，形成动力传递路线；

S102、在整车处于整备质量状态下，建立前悬架、后悬架和车架的仿真模型；

S103、在动力传递路线上设立第一点P1、第二点P2、第三点P3、第四点P4和第五点P5；

S104、设定第一点P1和第二点P2的连线为第一线段L1，设定第二点P2和第三点P3的连线为第二线段L2，设定第三点P3和第四点P4的连线为第三线段L3，设定第四点P4和第五点P5的连线为第四线段L4；

S105、设定第一线段L1与第二线段L2、第二线段L2与第三线段L3、第三线段L3与第四线段L4在第一投影面上的夹角分别为βZ1、βZ2、βZ3，设定第一线段L1与第二线段L2之间、第二线段L2与第三线段L3之间以及第三线段L3与第四线段L4之间在第二投影面上的夹角分别为βF1、βF2、βF3，第一投影面和第二投影面相垂直，设定第一线段L1与第二线段L2之间、第二线段L2与第三线段L3之间以及第三线段L3与第四线段L4之间的空间夹角分别为β1、β2、β3。

所述所有动力传递部件包括发动机曲轴、变速箱输出轴、中间传动轴、后传动轴与滑插组合件和后桥主动齿轮，中间传动轴的一端通过第一十字轴与变速箱输出轴连接，中间传动轴的另一端通过第二十字轴与后传动轴与滑插组合件连接，所述后传动轴与滑插组合件通过第三十字轴与后桥主动齿轮连接。

所述第一点P1为所述发动机曲轴的轴线与发动机悬置支撑力平面的交点，所述第二点P2为所述第一十字轴的中心点，所述第三点P3为所述第二十字轴的中心点，所述第四点P4为所述第三十字轴的中心点，所述第五点P5为所述后桥主动齿轮齿顶圆中心点。

所述步骤S2包括：

S201、在整车处于悬架自由状态工况下，求出悬架自由状态动力传递路线La；

S202、在整车处于整备质量工况下，求出整备质量状态动力传递路线Lb；

S203、在整车处于1/3设计载荷工况下，求出1/3设计载荷状态动力传递路线Lc；

S204、在整车处于2/3设计载荷工况下，求出2/3设计载荷状态动力传递路线Ld；

S205、在整车处于设计载荷工况下，求出设计载荷状态动力传递路线Le。

所述步骤S3中，按照设定条件，调整空间夹角β1、β2、β3的大小，直至空间夹角β1、β2、β3均≤第一设定值，并且要求空间夹角β3的余弦值除以空间夹角β1和β2的余弦值的乘积≥第二设定值。

所述设定条件包括整车工况的设定、动力传递路线参数设定和等速传动条件的设定。

所述等速传动条件为cosβ3＝cosβ1*cosβ2。

所述第一设定值为3.5°，所述第二设定值为0.99。

本发明的汽车动力传递路线布置方法，对动力传动路线常用工况布置进行优先排序和设定设计目标，结合CAE分析对初始布置方案进行优化调整，使布置和实际使用工况精确吻合，动力传递路线各线段夹角满足速度和力矩波动设计优化目标。

附图说明

图1是本发明汽车动力传递路线布置方法的流程图；

图2是动力传动路线的主视图；

图3动力传动路线的俯视图；

图4是5种指定工况下动力传动路线在主视图上的集合；

上述图中的标记均为：SF、前悬架；F、车架；SR、后悬架。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本发明提供了一种汽车动力传递路线布置方法，包括步骤：

S1、动力传递路线初步布置；

S2、初步布置动力传递路线的CAE分析；

S3、动力传递路线的优化调整。

具体地说，上述步骤S1包括：

S101、布置所有动力传递部件的轴线，依次连接所有动力传递部件的轴线，形成动力传递路线；

S102、在整车处于整备质量状态下，建立前悬架、后悬架和车架的仿真模型；

S103、在动力传递路线上设立第一点P1、第二点P2、第三点P3、第四点P4和第五点P5；

S104、设定第一点P1和第二点P2的连线为第一线段L1，设定第二点P2和第三点P3的连线为第二线段L2，设定第三点P3和第四点P4的连线为第三线段L3，设定第四点P4和第五点P5的连线为第四线段L4；

S105、设定第一线段L1与第二线段L2、第二线段L2与第三线段L3、第三线段L3与第四线段L4在第一投影面上的夹角分别为βZ1、βZ2、βZ3，设定第一线段L1与第二线段L2之间、第二线段L2与第三线段L3之间以及第三线段L3与第四线段L4之间在第二投影面上的夹角分别为βF1、βF2、βF3，第一投影面和第二投影面相垂直，设定第一线段L1与第二线段L2之间、第二线段L2与第三线段L3之间以及第三线段L3与第四线段L4之间的空间夹角分别为β1、β2、β3。

在上述步骤S101中，所有动力传递部件包括发动机曲轴、变速箱输出轴、中间传动轴、后传动轴与滑插组合件和后桥主动齿轮，发动机曲轴的轴线、变速箱输出轴的轴线、中间传动轴的轴线、后传动轴与滑插组合件的轴线和后桥主动齿轮的轴线依次连接，即为动力传递路线。中间传动轴的一端通过第一十字轴与变速箱输出轴连接，中间传动轴的另一端通过第二十字轴与后传动轴与滑插组合件连接，后传动轴与滑插组合件通过第三十字轴与后桥主动齿轮连接。

在上述步骤S102中，在三维软件中，建立前悬架SF、后悬架SR和车架F的仿真模型，前悬架SF和后悬架SR是汽车的弹性部件，用于减缓和吸收路面冲击以及力的传导，车架F是汽车的承载和连接部件，用以将包含前悬架SF和后悬架SR等的汽车部件连接并传递整车受力。

在上述步骤S103中，以车架F为基准依次设立第一点P1、第二点P2、第三点P3、第四点P4、第五点P5，第一点P1为发动机曲轴的轴线与发动机悬置支撑力平面的交点，第二点P2为第一十字轴的中心点，第二点P2也是发动机和变速箱后部动力输出点，第三点P3为第二十字轴的中心点，第三点P3也是后传动轴与滑插组合件的动力输入点，第四点P4为第三十字轴的中心点，第五点P5为后桥主动齿轮齿顶圆中心点，第五点P5代表动力传动的末端点。

在上述步骤S104中，第一点P1和第二点P2的连线为第一线段L1，第二点P2和第三点P3的连线为第二线段L2，第三点P3和第四点P4的连线为第三线段L3，第四点P4和第五点P5的连线为第四线段L4，第一线段L1代表发动机曲轴的轴线，第二线段L2代表中间传动轴的轴线，第三线段L3代表后传动轴与滑插组合件的轴线，第四线段L4代表后桥主动齿轮齿的轴线；初始状态令第一线段L1和和第二线段L2位于同一条直线上并和第四线段L4平行。

在上述步骤S104中，第一线段L1与第二线段L2在第一投影面上的夹角分别为βZ1，第二线段L2与第三线段L3在第一投影面上的夹角分别为βZ2，第三线段L3与第四线段L4在第一投影面上的夹角为βZ3，第一投影面与车架的长度方向相平行且与车架的宽度方向相垂直，车架的长度方向和宽度方向相垂直。第一线段L1与第二线段L2在第二投影面上的夹角分别为βF1，第二线段L2与第三线段L3在第二投影面上的夹角分别为βF2，第三线段L3与第四线段L4在第二投影面上的夹角为βF3，第二投影面与车架的长度方向和宽度方向相平行。

上述步骤S2包括：

S201、在整车处于悬架自由状态工况下，通过CAE分析，求出悬架自由状态动力传递路线La；

S202、在整车处于整备质量工况下，通过CAE分析，求出整备质量状态动力传递路线Lb；

S203、在整车处于1/3设计载荷工况下，通过CAE分析，求出1/3设计载荷状态动力传递路线Lc；

S204、在整车处于2/3设计载荷工况下，通过CAE分析，求出2/3设计载荷状态动力传递路线Ld；

S205、在整车处于设计载荷工况下，通过CAE分析，求出设计载荷状态动力传递路线Le。

在上述步骤S2中，整车按悬架自由状态、整备质量、1/3设计载荷、2/3设计载荷、设计载荷共5种工况分别进行CAE分析，每种工况分别根据P1、P2、P3、P4、P5各点位置变化求出对应动力传动路线，La代表悬架自由状态动力传动路线，Lb代表整车整备质量状态动力传动路线，Lc代表整车1/3设计载荷状态动力传动路线，Ld代表整车2/3设计载荷状态动力传动路线，Le代表整车设计载荷状态动力传动路线。

在上述步骤S3中，按照设定条件，调整空间夹角β1、β2、β3的大小，直至空间夹角β1、β2、β3均≤第一设定值，并且要求空间夹角β3的余弦值除以空间夹角β1和β2的余弦值的乘积≥第二设定值，也即

在上述步骤S3中，设定条件包括整车工况的设定、动力传递路线参数设定和等速传动条件的设定，等速传动条件为cosβ3＝cosβ1*cosβ2，动力传递路线参数设定包括动力传递路线转速和转矩波动。

在上述步骤S3中，在整车处于悬架自由状态工况下时，悬架自由状态动力传动路线La转速和转矩波动设定为最小值，并按等速传动条件cosβ3＝cosβ1*cosβ2调整各线段间夹角关系，具体为调整第四点P4的Z坐标，变动空间夹角β3和β2，满足上述公式约束，并记录第四点P4的Z坐标的调整量。调整P4点，β2和β3角度会同步变动。

在上述步骤S3中，在整车处于整备质量工况下时，整备质量状态动力传递路线Lb转速和转矩波动设定为最小值，并按等速传动条件cosβ3＝cosβ1*cosβ2调整各线段间夹角关系，具体为调整第四点P4的Z坐标，变动空间夹角β3和β2，满足上述公式约束，并记录第四点P4的Z坐标的调整量。

在上述步骤S3中，在整车处于1/3设计载荷工况下时，1/3设计载荷状态动力传递路线Lc转速和转矩波动设定为最小值，并按等速传动条件cosβ3＝cosβ1*cosβ2调整各线段间夹角关系，具体为调整第四点P4的Z坐标，变动空间夹角β3和β2，满足上述公式约束，并记录第四点P4的Z坐标的调整量。

在上述步骤S3中，在整车处于2/3设计载荷工况下时2/3设计载荷状态动力传递路线Ld转速和转矩波动设定为最小值，并按等速传动条件cosβ3＝cosβ1*cosβ2调整各线段间夹角关系，具体为调整第四点P4的Z坐标，变动空间夹角β3和β2，满足上述公式约束，并记录第四点P4的Z坐标的调整量。

在上述步骤S3中，在整车处于设计载荷工况下时设计载荷状态动力传递路线Le转速和转矩波动设定为最小值，并按等速传动条件cosβ3＝cosβ1*cosβ2调整各线段间夹角关系，具体为调整第四点P4的Z坐标，变动空间夹角β3和β2，满足上述公式约束，并记录第四点P4的Z坐标的调整量。

在本实施例中，第一设定值为3.5°，第二设定值为0.99。

在上述步骤S3中，条件满足后，则布置优化调整完成，如不满足可根据差异量调整初始布置，此时的调整主要在于L1和L4基础角度的调整，调整后按上述步骤复核即可。

在本实施例中，汽车为前置后驱轻型商用车。

本发明的目的在于对已有布置方式改进，以获得精确的动力传动路线与实际工况吻合，具体的在按照传统方式初步布置基础上，按悬架自由状态、整备质量、1/3设计载荷、2/3设计载荷、设计载荷五种工况，建立传动系统与车架和悬架的CAE模型，开展CAE分析，计算出汽车在指定工况下动力传动部件轴线端点的坐标，将各端点连线形成对应工况下动力传动路线，对相邻线段夹角与转速及力矩波动进行关联分析，约定在设计载荷下动力传动各线段夹角最优，其余工况夹角按载荷从大到小依次递减，同时各工况传动路线均达到设计指标；经CAE分析导出的动力传递路线不满足前述要求时，首先调整末端线段也就是后桥端的角度，其次调整前端也就是发动机端的角度，同步校核各工况下传动系各轴间夹角直到满足要求。由于传动系各部件均直接或间接的与车架相连，并且调整幅度较小，不会对CAE分析位移变动量产生影响，车架及悬架不变情况下不需重复CAE分析过程，只需调整传动部件夹角姿态即可，此CAE分析即可单独开展，也可在汽车整车CAE分析过程中增加关联数据提取，基本上不挤占项目时间节点，同时提升布置的准确性。

结合分析和调整过程，同时又可客观评价传动系周边环境变形是否过大而影响传动动力传动的平顺性，不满足则调整周边数据，起到双向约束和优化；同时经CAE分析导出的各线段长度及变动量较为精确，可以依次确定传动轴滑插的长度及位置设置在长度变化大的区间，降低长度变动对传动部件的扰动，精确提升汽车整体设计水平和竞争力。

通过上述措施，汽车在设计载荷工况传动系统转矩、转速、附加力矩波动均为最优，从而提升车辆的动力经济性和NVH水平，同时各工况技术指标达到设计目标，保障车辆正常运营，做到设计目标和车辆实际运营的吻合。

本发明的汽车动力传递路线布置方法，具有如下的优点：

1、本发明明确了动力传动路线初步布置方案方式；

2、本发明将CAE分析导入总布置，对动力传动路线布置方案利用CAE分析确认其与实际工况的符合性并精确优化目标；

3、本发明确立了动力传动路线各工况的优先顺序及调整方法；

4、本发明适用于轻型商用车各种车型布置；

5、本发明布置精度高，有利于提升动力经济性和NVH水平。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，包括步骤：

S1、动力传递路线初步布置；

S2、初步布置动力传递路线的CAE分析；

S3、动力传递路线的优化调整。

2.根据权利要求1所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S101、布置所有动力传递部件的轴线，依次连接所有动力传递部件的轴线，形成动力传递路线；

S102、在整车处于整备质量状态下，建立前悬架、后悬架和车架的仿真模型；

S103、在动力传递路线上设立第一点P1、第二点P2、第三点P3、第四点P4和第五点P5；

S104、设定第一点P1和第二点P2的连线为第一线段L1，设定第二点P2和第三点P3的连线为第二线段L2，设定第三点P3和第四点P4的连线为第三线段L3，设定第四点P4和第五点P5的连线为第四线段L4；

S105、设定第一线段L1与第二线段L2、第二线段L2与第三线段L3、第三线段L3与第四线段L4在第一投影面上的夹角分别为βZ1、βZ2、βZ3，设定第一线段L1与第二线段L2之间、第二线段L2与第三线段L3之间以及第三线段L3与第四线段L4之间在第二投影面上的夹角分别为βF1、βF2、βF3，第一投影面和第二投影面相垂直，设定第一线段L1与第二线段L2之间、第二线段L2与第三线段L3之间以及第三线段L3与第四线段L4之间的空间夹角分别为β1、β2、β3。

3.根据权利要求2所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述所有动力传递部件包括发动机曲轴、变速箱输出轴、中间传动轴、后传动轴与滑插组合件和后桥主动齿轮，中间传动轴的一端通过第一十字轴与变速箱输出轴连接，中间传动轴的另一端通过第二十字轴与后传动轴与滑插组合件连接，所述后传动轴与滑插组合件通过第三十字轴与后桥主动齿轮连接。

4.根据权利要求3所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述第一点P1为所述发动机曲轴的轴线与发动机悬置支撑力平面的交点，所述第二点P2为所述第一十字轴的中心点，所述第三点P3为所述第二十字轴的中心点，所述第四点P4为所述第三十字轴的中心点，所述第五点P5为所述后桥主动齿轮齿顶圆中心点。

5.根据权利要求2至4任一所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S201、在整车处于悬架自由状态工况下，求出悬架自由状态动力传递路线La；

S202、在整车处于整备质量工况下，求出整备质量状态动力传递路线Lb；

S203、在整车处于1/3设计载荷工况下，求出1/3设计载荷状态动力传递路线Lc；

S204、在整车处于2/3设计载荷工况下，求出2/3设计载荷状态动力传递路线Ld；

S205、在整车处于设计载荷工况下，求出设计载荷状态动力传递路线Le。

6.根据权利要求2至4任一所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述步骤S3中，按照设定条件，调整空间夹角β1、β2、β3的大小，直至空间夹角β1、β2、β3均≤第一设定值，并且要求空间夹角β3的余弦值除以空间夹角β1和β2的余弦值的乘积≥第二设定值。

7.根据权利要求6所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述设定条件包括整车工况的设定、动力传递路线参数设定和等速传动条件的设定。

8.根据权利要求7所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述等速传动条件为cosβ3＝cosβ1*cosβ2。

9.根据权利要求6所述的汽车动力传递路线布置方法，其特征在于，所述第一设定值为3.5°，所述第二设定值为0.99。

Images