CN113673128B - 动力总成设计方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力总成设计方法及相关设备。该方法包括：对动力总成进行弯曲模态分析；对所述动力总成进行弯曲振动响应分析；根据所述模态分析和所述振动响应的结果对所述动力总成进行设计。本申请通过弯曲模态仿真和弯曲振动仿真结合的方式，保证动力总成的刚度需求，同时根据弯曲振动响应结果对发动机进行针对性设计，可以提高车辆的NVH指标，提高车辆的驾驶舒适度。

Description

动力总成设计方法及相关设备

技术领域

本说明书涉及能源动力领域，更具体地说，本发明涉及一种动力总成设计方法及相关设备。

背景技术

发动机振动对车内噪声有着重要影响，因此控制发动机悬置上振动，对于随着汽车工业的发展，人们对汽车的乘坐舒适性和行驶平顺性的要求越来越高。目前噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness，NVH)是评价汽车乘坐舒适性的主要指标。车内振动主要包括两类：一类为以发动机为主体的动力总成工作时产生的振动，经过悬置元件传递到车身，在传递到车内引起的振动；另一类是路面激励通过轮胎传递到车身，在传递到车内，引起车内振动。而在汽车设计时，通常考虑如何阻隔振动的传递，以减少噪声传入车内，并未考虑对动力总成进行优化设计以减弱振动源的振幅，从而提升驾驶舒适性。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，第一方面，本发明提出一种动力总成设计方法，上述方法包括：

对动力总成进行弯曲模态分析；

对上述动力总成进行弯曲振动响应分析；

根据上述模态分析和上述振动响应的结果对上述动力总成进行设计。

可选的，上述对动力总成进行弯曲模态分析，包括：

对上述动力总成进行弯曲模态仿真；

基于上述弯曲模态仿真的结果判断一阶纵向弯曲模态是否大于预设频率，其中，上述预设频率为保证动力总成刚度的最低频率；

若否，对上述动力总成进行结构优化。

可选的，上述对上述动力总成进行弯曲振动响应分析，包括：

对上述动力总成进行弯曲振动仿真；

根据上述弯曲振动仿真的结果判断上述弯曲振动响应是否小于目标响应，其中，上述目标响应为保证机加速声品质的最大响应；

若否，对上述动力总成进行结构优化。

可选的，上述对上述动力总成进行结构优化包括：

增大变速箱法兰面螺栓的纵向间距，其中，上述动力总成包括上述变速箱。

可选的，上述对上述动力总成进行结构优化，还包括：

加高和/或加宽变速箱的法兰面的加强筋，其中，上述动力总成包括上述变速箱。

可选的，上述对上述动力总成进行弯曲振动响应分析包括：

获取上述动力总成在200-500Hz频率激励下的弯曲振动响应。

可选的，上述对上述动力总成进行弯曲振动响应分析包括：

通过向靠近变速箱法兰面的轴承座加载预设力，对所述动力总成进行弯曲振动响应分析，其中，上述动力总成包括上述变速箱。

第二方面，本发明还提出一种动力总成设计装置，包括：

模态分析单元，用于对动力总成进行弯曲模态分析；

响应分析单元，用于对上述动力总成进行弯曲振动响应分析；

设计单元，用于根据上述模态分析和上述振动响应的结果对上述动力总成进行设计。

第三方面，一种电子设备，包括：储存器、处理器以及存储在上述存储器中并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如上述的第一方面任一项的动力总成设计方法的步骤。

第四方面，本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现第一方面上述任一项的动力总成设计方法。

综上，根据现有技术的研究动力总成的悬上振动是影响车辆NVH指标的主要因素，本方案对动力总成进行弯曲模态分析，对动力总成进行弯曲振动响应分析，结合模态分析和振动响应结果对动力总成进行设计，因为弯曲变形是引起悬上振动的主要方式，同时本方案通过弯曲模态仿真和弯曲振动仿真结合的方式，保证动力总成的刚度需求，同时根据弯曲振动响应结果对发动机进行针对性设计，可以提高车辆的NVH指标，提高车辆的驾驶舒适度。

本发明的动力总成设计方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本说明书的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种可能的动力总成设计方法流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种可能的变速箱法兰端结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种可能的弯曲振动响应结果示意图；

图4为本申请实施例提供的一种可能的车内噪声频谱图；

图5为本申请实施例提供的一种可能的变速箱壳体结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种可能的动力总成振动响应仿真加载方式示意图；

图7为本申请实施例提供的一种可能的动力总成设计装置结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种可能的动力总成设计电子设备结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了动力总成设计方法及相关设备，采用有限元模型对动力总成进行模态仿真和弯曲振动仿真，根据仿真结果，对结构进行优化以提高NVH指标，汽车乘坐的舒适性。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1，为本申请实施例提供的一种可能的动力总成设计方法流程示意图，具体可以包括：

S110、对动力总成进行弯曲模态分析；

具体的，建立动力总成数模，根据数模建立有限元模型，针对有限元模型进行弯曲模态仿真，根据弯曲模态仿真结果对动力总成进行分析。

S120、对上述动力总成进行弯曲振动响应分析；

具体的，采用上述动力总成有限元模型，针对有限元模型进行弯曲振动响应仿真，根据弯曲振动响应仿真结果对动力总成进行分析。

S130、根据上述模态分析和上述振动响应的结果对上述动力总成进行设计。

具体的，通过弯曲模态仿真和弯曲振动仿真结合的方式，对发动机进行针对性设计。

综上，结合模态分析和振动响应结果对动力总成进行设计，因为弯曲变形是引起悬上振动的主要方式，同时本方案通过弯曲模态仿真和弯曲振动仿真结合的方式，保证动力总成的刚度需求，同时根据弯曲振动响应结果对发动机进行针对性设计，可以提高车辆的NVH指标，提高车辆的驾驶舒适度。

在一些示例中，上述对动力总成进行弯曲模态分析，包括：

对上述动力总成进行弯曲模态仿真；

基于上述弯曲模态仿真的结果判断一阶纵向弯曲模态是否大于预设频率，其中，上述预设频率为保证上述动力总成刚度的最低频率；

若否，对动力总成进行结构优化。

具体的，建立动力总成数模，根据数模建立有限元模型，针对有限元模型进行纵向弯曲模态仿真，根据弯曲模态仿真的结果读取模态响应曲线的第一个峰值为一阶纵向弯曲模态，判断一阶纵向弯曲模态是否大于预设频率，设定预设频率是为了让动力总成要满足最低刚度要求，如果小于或等于这个预设频率，需要对动力总成进行结构优化，提升动力总成的刚度以满足需求。

综上，通过判断一阶纵向弯曲模态是否大于预设频率，可以判断动力总成是否满足刚度要求，若不满足则对结构进行优化，保证了动力总成的刚度满足设计要求。

在一些示例中，上述对上述动力总成进行弯曲振动响应分析，包括：

对上述动力总成进行弯曲振动仿真；

根据上述弯曲振动仿真的结果判断上述弯曲振动响应是否小于目标响应，其中，上述目标响应为保证机加速声品质的最大响应；

若否，对动力总成进行结构优化。

具体的，采用上述有限元模型对动力总成进行弯曲振动仿真，上述目标响应是为了整车噪声可接受的振动最大幅值，如果弯曲振动仿真的结果大于目标响应，则认为该动力总成不满足NVH指标，需要对结构进行改进，以提高汽车乘坐的舒适性。

综上，可针对动力总成的弯曲振动响应于NVH指标进行比对，若不满足NVH指标，可对动力总成结构作出适应性调整，以使动力总成适合全车的振动要求，满足车辆设计的舒适性要求。

请参阅图2和图3，图2为本实施例提供的一种变速箱法兰端结构示意图，

图3为本申请实施例提供的一种可能的弯曲振动响应结果示意图。

在一些示例中，上述对上述动力总成进行结构优化包括：

增大变速箱法兰面螺栓的纵向间距，其中上述动力总成包括上述变速箱。

具体的，如图2所示，h表示法兰面螺栓的纵向间距，增大h可以提升变速箱法兰端的刚度，因为变速箱法兰处刚度最为薄弱，此处引起的振动容易激起动力总成更大的振动响应，通过此方法提升变速箱的刚度以改善车辆的NVH指标，如图3所示，在增大了变速箱法兰面螺栓的纵向间距后，优化后的振动响应较优化前有了显著的降低，可见本方法有助于改善车内的NVH指标。

综上，通过增大变速箱法兰面螺栓的纵向间距，可以提高变速箱法兰端刚度，有助于改善车内的NVH指标。

请参阅图2，在一些示例中，上述对上述动力总成进行结构优化，还包括：

加高和/或加宽变速箱法兰面的加强筋，其中上述动力总成包括上述变速箱。

具体的，如图2所示，在变速箱的法兰处设置了多个加强筋，用以增加法兰的刚度，通过试验发现加高和/或加宽变速箱的法兰面加强筋可以提升变速箱的刚度，通过提升变速箱的刚度还可以改善车辆的NVH指标，对加强筋加高和/或加宽满足车辆的NVH指标即可，若持续加高和/或加宽会导致动力总成总重量提升，造成整车质量提升，降低车辆燃油经济性。而对变速箱的铸造模具在法兰处进行相应的加深和加宽变可以实现变速箱法兰面加强筋加高和/或加宽，这样可以将原有模具进行改造继续使用，提升了产品开发的经济性。

综上，通过加高和/或加宽变速箱法兰面的加强筋，可以改善车内的NVH指标，并且通过对原有模具进行简单的改造，改造后的模具可完成改进后变速箱生产，本方法既能提高车辆驾驶舒适度，又能节省开发成本。

请参阅图4，为本申请实施例提供的一种可能的车内噪声频谱图。

在一些示例中，上述对上述动力总成进行弯曲振动响应分析包括：

获取上述动力总成在200-500Hz频率激励下的弯曲振动响应。

具体的，如图4所示，为不同车辆测得的车内噪声频谱图，可见在200-500Hz区间内噪声变化较大，由此判断此区间内的噪声主要来自与动力总成工作时传递的噪声，因此在进行动力总成弯曲振动响应分析时，应重点关注此区间激励源激励下的弯曲振动响应

综上，通过试验可以看出在200-500Hz内的噪声主要由动力总成引起，对此区间进行弯曲振动响应仿真可对动力总成进行针对性的调整，同时缩小仿真自变量的范围，可以节约仿真资源，提升仿真速度，缩短动力总成研发周期。

请参阅图5和图6，图5为本申请实施例提供的一种可能的变速箱壳体结构示意图；图6为本申请实施例提供的一种可能的动力总成振动响应仿真加载方式示意图。

在一些示例中，对上述动力总成进行弯曲振动响应分析包括：

通过向靠近变速箱法兰面的轴承座加载预设力，对所述动力总成进行弯曲振动响应分析，其中，上述动力总成包括上述变速箱。

具体的，变速箱的法兰面是动力总成刚度最为薄弱的地方，因此这个地方的激励能引起动力总成更大的响应，因此此处的振动也是影响车辆NVH指标的主要激励源，如图5所示，为某四缸车辆的变速箱壳体结构示意图共有1-5号5个轴承座，因此在离此处最近的轴承座5加载预设力，预设力可设置为单位力。通过在此处加载预设力更有助于分析动力总成对NVH指标的影响，如图6所示，加载方向为z向，根据现有的研究得知，影响车辆NVH指标的主要是用于悬上振动，因此按悬上振动的主要z方向进行加载。

综上，变速箱法兰面是动力总成刚度最薄弱的地方，在此激励能引起动力总成更大的响应，根据离此处最近的轴承座加载所得到的响应结果，对动力总成结构进行优化，能大幅提成车辆的NVH指标。

请参阅图7，本申请实施例中动力总成设计装置的一个实施例，可以包括：

模态分析单元，可以用于对动力总成进行弯曲模态分析；

响应分析单元，可以用于对上述动力总成进行弯曲振动响应分析；

设计单元，可以用于根据上述模态分析和上述振动响应的结果对上述动力总成进行设计。

请参阅图8，图8为本申请实施例提供的电子设备的实施例示意图。

如图8所示，本申请实施例还提供一种电子设备300，包括存储器310、处理器320及存储在存储器320上并可在处理器上运行的计算机程序311，处理器320执行计算机程序311时实现上述动力总成设计的任一方法的步骤。

由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中一种动力总成设计装置所采用的设备，故而基于本申请实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中的方法所采用的设备，都属于本申请所欲保护的范围。

在具体实施过程中，该计算机程序311被处理器执行时可以实现图1对应的实施例中任一实施方式。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机软件指令，当计算机软件指令在处理设备上运行时，使得处理设备执行如图1对应实施例中的销量修正中的流程。

计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修该，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修该或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种动力总成设计方法，其特征在于，包括：

对动力总成进行弯曲模态分析；

对所述动力总成进行弯曲振动响应分析；

根据所述模态分析和所述振动响应的结果对所述动力总成进行设计；

所述对动力总成进行弯曲模态分析，包括：

对所述动力总成进行弯曲模态仿真；

基于所述弯曲模态仿真的结果判断一阶纵向弯曲模态是否大于预设频率，其中，所述预设频率为保证动力总成刚度的最低频率；

若否，对所述动力总成进行结构优化；

所述对所述动力总成进行结构优化包括：

增大变速箱法兰面螺栓的纵向间距，其中，所述动力总成包括所述变速箱；

所述对所述动力总成进行结构优化，还包括：

加高和/或加宽变速箱的法兰面的加强筋，其中，所述动力总成包括所述变速箱。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述动力总成进行弯曲振动响应分析，包括：

对所述动力总成进行弯曲振动仿真；

根据所述弯曲振动仿真的结果判断所述弯曲振动响应是否小于目标响应，其中，所述目标响应为保证机加速声品质的最大响应；

若否，对所述动力总成进行结构优化。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述动力总成进行弯曲振动响应分析包括：

获取所述动力总成在200-500Hz频率激励下的弯曲振动响应。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述动力总成进行弯曲振动响应分析包括：

通过向靠近变速箱法兰面的轴承座加载预设力，对所述动力总成进行弯曲振动响应分析，其中，所述动力总成包括所述变速箱。

5.一种动力总成设计装置，其特征在于，包括：

模态分析单元，用于对动力总成进行弯曲模态分析；

响应分析单元，用于对所述动力总成进行弯曲振动响应分析；

设计单元，用于根据所述模态分析和所述振动响应的结果对所述动力总成进行设计；

所述对动力总成进行弯曲模态分析，包括：

对所述动力总成进行弯曲模态仿真；

基于所述弯曲模态仿真的结果判断一阶纵向弯曲模态是否大于预设频率，其中，所述预设频率为保证动力总成刚度的最低频率；

若否，对所述动力总成进行结构优化；

所述对所述动力总成进行结构优化包括：

增大变速箱法兰面螺栓的纵向间距，其中，所述动力总成包括所述变速箱；

所述对所述动力总成进行结构优化，还包括：

加高和/或加宽变速箱的法兰面的加强筋，其中，所述动力总成包括所述变速箱。

6.一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的动力总成设计方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的动力总成设计方法。