CN113829865B - 一种动力总成传动系统及动力总成传动系统匹配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力总成传动系统，用于混合动力汽车，包括发动机曲轴、机电耦合系统输入轴和连接所述发动机曲轴、所述机电耦合系统输入轴的双质量飞轮，所述发动机曲轴与发动机相连，所述机电耦合系统输入轴与机电耦合系统相连，所述双质量飞轮至少有一连接端设有用以增加所述双质量飞轮与所述连接端连接面积的加强机构。本发明还公开了一种动力总成传动系统匹配方法，应用于如上所述的动力总成传动系统。本发明公开的动力总成传动系统，通过在双质量飞轮与发动机曲轴、机电耦合系统输入轴间增加加强机构，提高双质量飞轮的支撑刚度，减小了双质量飞轮处的弯曲振动，进而提升了整车声品质。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种动力总成传动系统及动力总成传动系统匹配方法。
背景技术
汽车传动系统的基本功用是将发动机发出的动力传递给驱动车轮，基本组成包括发动机、离合器、变速箱、差速器等。发动机曲轴通过双质量飞轮与输出轴相连，输出轴另一端与变速器相连。在混动车型中，有的车型在双质量飞轮与变速箱间加入发电机，输出轴即为发电机输入轴，有的车型将变速箱改为机电耦合系统，输出轴即为机电耦合系统输入轴。
双质量飞轮(Double Mass Flywheel，简称DMFW)，可较为有效地隔离发动机曲轴的扭振，有利于改善汽车的使用性能。双质量飞轮将原来的一个飞轮分成两个部分，一部分保留在原来发动机一侧的位置上，起到原来飞轮的作用，用于起动和传递发动机的转动扭矩，这一部分称为第一质量(初级质量)，另一部分则放置在传动系变速器一侧，用于提高变速器的转动惯量，这一部分称为第二质量(次级质量)。两部分飞轮之间装有弹簧减振器，由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体。
但与常规汽车相比，混合动力汽车在安装了双质量飞轮的情况下，怠速工况中依然有振动、噪音等声品质问题存在。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声品质好的动力总成传动系统及动力总成传动系统匹配方法。
本发明提供一种动力总成传动系统，用于混合动力汽车，包括发动机曲轴、机电耦合系统输入轴和连接所述发动机曲轴、所述机电耦合系统输入轴的双质量飞轮，所述发动机曲轴与发动机相连，所述机电耦合系统输入轴与变速箱相连，所述双质量飞轮至少有一连接端设有用以增加所述双质量飞轮与所述连接端连接面积的加强机构。
进一步地，所述双质量飞轮包括初级飞轮，所述加强机构包括与所述初级飞轮固定连接的第一连接套筒，所述发动机曲轴前端嵌入所述第一连接套筒后与所述初级飞轮固定连接。
进一步地，所述第一连接套筒设有与初级飞轮连接用以增加所述初级飞轮支撑刚度的第一加强筋。
进一步地，所述双质量飞轮包括次级飞轮，所述加强机构包括与所述次级飞轮固定连接的第二连接套筒，所述机电耦合系统输入轴前端嵌入所述第二连接套筒后与所述次级飞轮固定连接。
进一步地，所述第二连接套筒设有与次级飞轮连接用以增加所述次级飞轮支撑刚度的第二加强筋。
本发明还提供一种动力总成传动系统匹配方法，应用于如上所述的动力总成传动系统，包括步骤S1至S5，所述步骤S1为运用数理统计方法在不同型号尺寸结构的所述加强机构中选取多个具体实施方案；所述步骤S2为通过仿真软件建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的动力学模型；所述步骤S3为将引起所述动力总成传动系统产生弯曲振动的因素作为变量参数导入所述动力学模型；所述步骤S4为对每个具体实施方案分别运行所述动力学模型，得出每个具体实施方案产生的弯曲振动数值；所述步骤S5为，根据每个具体实施方案产生的弯曲振动数值结合相关因素选出最佳实施方案。
进一步地，所述步骤S1为运用拉丁超立方抽样法在不同型号尺寸结构的所述加强机构中选取多个具体实施方案。
进一步地，所述步骤S2包括步骤S21和步骤S22，所述步骤S21为运用Hypermesh软件建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的有限元模型；所述步骤S22为基于所述有限元模型运用AVL-EXCITE软件的Power Unit模块建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的所述动力学模型。
进一步地，所述步骤S3为将所述动力总成传动系统的扭矩曲线和/或迟滞扭矩曲线和/或电磁激励作为变量参数导入所述动力学模型。
进一步地，所述步骤S5中所述相关因素为轻量化和/或制造工艺和/或制造成本。
本发明提供的动力总成传动系统，通过在双质量飞轮与发动机曲轴、机电耦合系统输入轴间增加加强机构，提高双质量飞轮的支撑刚度，减小了双质量飞轮处的弯曲振动，进而提升了整车声品质。通过在初级飞轮和次级飞轮上均设置连接套筒，降低初级飞轮和次级飞轮的弯曲振动，进而减小通过发动机曲轴和机电耦合系统输入轴传递到发动机和机电耦合系统的振动。又通过在连接套筒上加设加强筋，进一步提高了双质量飞轮的支撑刚度。本发明提供的动力总成传动系统匹配方法通过运用Hypermesh软件建立分析动力总成传动系统弯曲振动的有限元模型，再基于有限元模型运用AVL-EXCITE软件Power Unit模块建立分析动力总成传动系统弯曲振动的动力学模型，运用仿真的方法对真实物理系统进行模拟找出弯曲振动的具体位置，并比较多组加强机构的效果，找出最佳方案。通过运用拉丁超立方采样法减小采样标准差，在保证结论精度的情况下，减小了采样数量，进而减少后续模型分析的工作量。
附图说明
图1为本发明实施例动力总成传动系统的连接示意图；
图2为图1所述动力总成传动系统中双质量飞轮的立体结构示意图；
图3为图2所述双质量飞轮的侧视图；
图4为图2所述双质量飞轮中初级飞轮的正视图；
图5为图2所述双质量飞轮中次级飞轮的正视图；
图6为本发明实施例动力总成传动系统匹配方法的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参考图1至图5，本发明实施例动力总成传动系统，用于混合动力汽车，包括发动机曲轴10、机电耦合系统输入轴20和连接发动机曲轴10、机电耦合系统输入轴20的双质量飞轮30。发动机曲轴10与发动机(未画出)相连，机电耦合系统输入轴与机电耦合系统(未画出)相连。
机电耦合系统输入轴20后端连接有转子21，经验证，转子21、发动机曲轴10、双质量飞轮30质量差异大，造成整根轴系质量分布均匀性较差。而常规的双质量飞轮30与发动机曲轴10、机电耦合系统输入轴20采用轴销配合连接，连接部位长度通常不超过10mm，导致整个传动系统在双质量飞轮30处的支撑较弱。与常规汽车相比，混合动力汽车在怠速工况时，除了要考虑车辆使用过程中空调和暖风的需求，还要相应的给电池充电。因此在怠速工况时，需要相应的增加发动机负荷达到一定的发电功率才能满足需求。
对于发动机匹配机电耦合系统组成的混合动力总成，当发动机负荷达到一定程度后，由于发动机曲轴10加上机电耦合系统输入轴20组成的整根轴系上质量分配均匀性较差，且双质量飞轮30支撑较弱，会引起双质量飞轮30处弯曲振动偏大。进一步增大轴系上激励，并通过发动机曲轴10上的第一轴承组11和机电耦合系统输入轴20上的第二轴承组22传递到发动机和机电耦合系统本体，进一步传递到悬置(未画出)，最后传递到车内，引发混合动力汽车怠速声品质问题。
双质量飞轮30包括初级飞轮31、次级飞轮32、弹簧减震器33和加强机构34。初级飞轮31和次级飞轮32通过弹簧减震器33连接，次级飞轮32和初级飞轮31可发生相对旋转，加强机构34与发动机曲轴10、机电耦合系统输入轴20连接用以增加双质量飞轮30的支撑刚度。加强机构34包括第一连接套筒341和第二连接套筒342，第一连接套筒341、第二连接套筒342比原双质量飞轮30连接部更长。第一连接套筒341与初级飞轮31一体成型，发动机曲轴10前端嵌入第一连接套筒341后与初级飞轮31固定连接。第二连接套筒342与次级飞轮32一体成型，机电耦合系统输入轴20前端嵌入第二连接套筒342后与次级飞轮32固定连接。
第一连接套筒341和第二连接套筒342增大了飞轮与发动机曲轴10、机电耦合系统输入轴20的接触面积，提高双质量飞轮30的支撑刚度，减小了双质量飞轮30处的弯曲振动，进而减小通过发动机曲轴10和机电耦合系统输入轴20传递到发动机和机电耦合系统的振动，提升了整车声品质。
第一连接套筒341上还设有与初级飞轮31焊接的多个第一加强筋343，多个第一加强筋343均匀圆周环绕在第一连接套筒341上，用以进一步增加初级飞轮31的支撑刚度(如图3所示)。第二连接套筒342上还设有与次级飞轮32焊接的多个第二加强筋344，多个第二加强筋344均匀圆周环绕在第二连接套筒342上，用以进一步增加次级飞轮32的支撑刚度(如图4所示)。
在其他实施例，由于车型的不同，机电耦合系统输入轴20也可为电机输入轴或连接行星齿轮组，根据实际轴系质量分布，可改变第一连接套筒341、第二连接套筒342的尺寸，第一加强筋343和第二加强筋344的数量、尺寸及布置形式。在双质量飞轮一侧质量分布较均匀，弯曲振动符合车辆声品质标准时，也可只在另一侧飞轮设置连接套筒。加强机构34和双质量飞轮30也可以采用焊接、胶接等方式固定连接，或是一体铸造成型。
请参考图6，本实施例还公开一种动力总成传动系统匹配方法，应用于如上所述的动力总成传动系统，包括步骤S1至S5。步骤S1为确定动力总成传动系统弯曲振动的目标值，并运用拉丁超立方抽样法在不同型号尺寸结构的加强机构34中选取多个具体实施方案。包括连接套筒的直径和长度、加强筋的个数、高度、宽度以及布置形式等，共20组。其中，确定动力总成传动系统弯曲振动的目标值可以采用在其他车型的双质量飞轮30的外边缘布置传感器，用LMS Test.lab软件测试双质量飞轮30的弯曲振动。
运用拉丁超立方采样法减小采样标准差，在保证结论精度的情况下，减小了采样数量，进而减少后续模型分析的工作量。在其他实施例中，具体采样数量可根据需要改变，也可用分层采样法、重要抽样法等其他数理采样方法。
步骤S2包括S21和S22，步骤S21为运用Hypermesh软件建立分析确定动力总成传动系统弯曲振动的有限元模型。具体地，将分析混合动力车型所用动力总成传动系统弯曲振动涉及结构的几何模型导入Hypermesh软件进行体网格划分。网格类型为二阶四面体，为避免网格大小造成的计算误差，网格大小设置为6mm，并通过rbe2和cbar进行螺栓模拟。在每个螺栓处建立washer，其中washer直径为1.5-2倍的螺栓直径，建立有限元模型，并对有限元模型进行试验验证。对于双质量飞轮30的建模，将双质量飞轮30的初级飞轮31相关结构与发动机曲轴10通过rbe2连接，次级飞轮32相关结构与机电耦合系统输入轴20通过rbe2连接起来，双质量飞轮30中离心摆结构以质心和转动惯量形式配置在有限元模型中。
步骤S22为基于所述有限元模型运用AVL-EXCITE软件Power Unit模块建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的动力学模型。具体地，在AVL-EXCITE软件的Power Unit模块，将活塞(未画出)与缸套(未画出)采用弹簧阻尼单元模拟之间的连接关系，第一轴承组11采用EHD连接方式，建立分析动力总成传动系统弯曲振动的动力学模型，并对动力学模型进行试验验证。
通过运用Hypermesh软件建立分析双质量飞轮弯曲振动的有限元模型，再基于有限元模型运用AVL-EXCITE软件Power Unit模块建立分析双质量飞轮弯曲振动的动力学模型，利用仿真的方法对真实物理系统进行模拟，缩短数据分析的时间，进而缩短设计周期，提高产品竞争力。
步骤S3为将动力总成传动系统的扭矩曲线、迟滞扭矩曲线、机电耦合系统中的电磁激励参数作为变量导入动力学模型。对于动力总成传动系统的扭矩曲线及迟滞扭矩曲线，曲线处理成横坐标为扭转角度，纵坐标为扭矩的形式。对于机电耦合系统中的电磁激励添加的位置，要设置在转子51上，设置rbe3柔性单元，并均匀分布在转子51前中后三个位置。
步骤S4为对步骤S1中采样出的20组实施方案均实施步骤S2、S3，得出20组实施方案的弯曲振动数据。步骤S5为根据20组弯曲振动数据结合轻量化、工艺和成本确定最终的带有连接套筒和加强筋的双质量飞轮设计方案。
当然，在其他实施例中，也可使用ANSYS、ABAQUS、ADAMS等其他仿真软件建立有限元模型和动力学模型。也可根据实际情况增减变量参数用以满足其他车型。
本实施例提供的双质量飞轮通过第一连接套筒341和第二连接套筒342增大了飞轮与发动机曲轴10、机电耦合系统输入轴20的接触面积，提高双质量飞轮30的支撑刚度，减小了双质量飞轮30处的弯曲振动，进而减小通过发动机曲轴10和机电耦合系统输入轴20传递到发动机和机电耦合系统的振动，提升了整车声品质。又通过第一加强筋343和第二加强筋344进一步提高了双质量飞轮30的支撑刚度。
本实施例提供的双质量飞轮设计方法，运用拉丁超立方采样法减小采样标准差，在保证结论精度的情况下，减小了采样数量，进而减少后续模型分析的工作量。通过运用Hypermesh软件建立分析动力总成传动系统弯曲振动的有限元模型，再基于有限元模型运用AVL-EXCITE软件Power Unit模块建立分析动力总成传动系统弯曲振动的动力学模型，运用仿真的方法对真实物理系统进行模拟找出弯曲振动的具体位置，并比较多组加强机构的效果，找出最佳方案。
在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。
在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种动力总成传动系统，用于混合动力汽车，其特征在于，包括发动机曲轴(10)、机电耦合系统输入轴(20)和连接所述发动机曲轴(10)、所述机电耦合系统输入轴(20)的双质量飞轮(30)，所述发动机曲轴(10)与发动机相连，所述机电耦合系统输入轴(20)与机电耦合系统相连，所述双质量飞轮(30)至少有一连接端设有用以增加所述双质量飞轮(30)与所述连接端连接面积的加强机构(34)，所述双质量飞轮(30)包括初级飞轮(31)，所述加强机构(34)包括与所述初级飞轮(31)固定连接的第一连接套筒(341)，所述发动机曲轴(10)前端嵌入所述第一连接套筒(341)后与所述初级飞轮(31)固定连接，所述双质量飞轮(30)包括次级飞轮(32)，所述加强机构(34)包括与所述次级飞轮(32)固定连接的第二连接套筒(342)，所述机电耦合系统输入轴(20)前端嵌入所述第二连接套筒(342)后与所述次级飞轮(32)固定连接。
2.如权利要求1所述的动力总成传动系统，其特征在于，所述第一连接套筒(341)设有与初级飞轮(31)连接用以增加所述初级飞轮(31)支撑刚度的第一加强筋(343)。
3.如权利要求1所述的动力总成传动系统，其特征在于，所述第二连接套筒(342)设有与次级飞轮(32)连接用以增加所述次级飞轮(32)支撑刚度的第二加强筋(344)。
4.一种动力总成传动系统匹配方法，应用于如权利要求1至3任一所述的动力总成传动系统，其特征在于，包括步骤S1至S5，所述步骤S1为运用数理统计方法在不同型号尺寸结构的所述加强机构(34)中选取多个具体实施方案；所述步骤S2为通过仿真软件建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的动力学模型；所述步骤S3为将引起所述动力总成传动系统产生弯曲振动的因素作为变量参数导入所述动力学模型；所述步骤S4为对每个具体实施方案分别运行所述动力学模型，得出每个具体实施方案产生的弯曲振动数值；所述步骤S5为，根据每个具体实施方案产生的弯曲振动数值结合相关因素选出最佳实施方案。
5.如权利要求4所述的动力总成传动系统匹配方法，其特征在于，所述步骤S1为运用拉丁超立方抽样法在不同型号尺寸结构的所述加强机构(34)中选取多个具体实施方案。
6.如权利要求4所述的动力总成传动系统匹配方法，其特征在于，所述步骤S2包括步骤S21和步骤S22，所述步骤S21为运用Hypermesh软件建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的有限元模型；所述步骤S22为基于所述有限元模型运用AVL-EXCITE软件的Power Unit模块建立分析所述动力总成传动系统弯曲振动的所述动力学模型。
7.如权利要求4所述的动力总成传动系统匹配方法，其特征在于，所述步骤S3为将所述动力总成传动系统的扭矩曲线和/或迟滞扭矩曲线和/或电磁激励作为变量参数导入所述动力学模型。
8.如权利要求4所述的动力总成传动系统匹配方法，其特征在于，所述步骤S5中所述相关因素为轻量化和/或制造工艺和/或制造成本。
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