CN114056336A - 传动系统的轴向振动控制方法以及汽车的底盘传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传动系统的轴向振动控制方法及汽车的底盘传动系统，该控制方法是在传动系统的激励部和被激励部之间设置轴向移动装置，并将轴向移动装置的摩擦系数u设置为小于预设值，使激励部的激振力在轴向上的分力能够克服轴向移动装置的轴向静摩擦力，使激励部能够相对被激励部轴向滑动，因此能够实现激励部和被激励部的解耦，从而能够达到较好的减振效果。另外，由于汽车的底盘传动系统为了适应车辆垂向跳动导致的轴向位移变化，本身就会在激励部的激振力传递路径上布置轴向移动装置，所以该控制方法无需额外设置轴向移动装置，只需改变既有轴向移动装置的位置或优化移动装置的参数即可，因而不会增加底盘传动系统的结构部件。

Description

传动系统的轴向振动控制方法以及汽车的底盘传动系统

技术领域

本发明涉及传动系统技术领域，特别是涉及一种传动系统的轴向振动控制方法，以及，基于该轴向振动控制方法的汽车的底盘传动系统。

背景技术

汽车的底盘传动系统包括激励部和与之相连的被激励部，传动系统运行过程中，激励部产生的激振力沿轴向传递至被激励部，引起被激励部沿轴向的模态共振，即引起被激励部的轴向振动，从而引发振动噪声。

现有技术中通过以下两种方法控制汽车的底盘传动系统的轴向振动：

第一种是被动控制方法，即针对特定的某一个或者某几个问题频率匹配动力吸振器，实现减小振动的目的。该方法需要增加动力吸振器零件，增加产品成本，同时，增加动力吸振器后，可能在其他频率产生新的模态频率，从而对其它工况带来负面影响。

第二种是主动控制方法，即实时测量系统振动信号作为反馈控制信号，结合安装在被减振零部件上的压电作动器，向被减振零部件施加轴向的控制力，以减小轴向振动。该方法需要增加一整套控制系统，同样会增加产品成本，同时，系统复杂性大大增加，容易产生额外的声源和系统稳定性变差的负面影响。

上述两种控制方法均需要增加额外的零件，成本花费较高，同时会对其它工况振动噪声性能带来负面影响，并且，还均使底盘传动系统变复杂，从而导致底盘传动系统稳定性下降。

有鉴于此，如何规避上述两种控制方法的弊端并有效控制底盘传动系统的轴向振动，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种传动系统的轴向振动控制方法，所述传动系统包括激励部和被激励部，激励部的激振力沿轴向传递给被激励部，所述轴向振动控制方法是：在所述激励部和所述被激励部之间设置轴向移动装置，使两者通过所述轴向移动装置可相对轴向移动地连接；并将所述轴向移动装置的摩擦系数u设置为小于预设值，以使所述激励部的激振力的轴向分力能够克服所述轴向移动装置的轴向静摩擦力，从而使所述激励部能够相对所述被激励部轴向滑动。

进一步地，所述轴向振动控制方法具体是：减小所述轴向移动装置的轴向滑动摩擦力。

进一步地，通过以下方式减小所述轴向移动装置的轴向滑动摩擦力：

减小所述轴向移动装置的摩擦系数μ，和/或，

减小所述传动系统传递的扭矩T，和/或，

增大所述轴向移动装置的直径d。

进一步地，所述轴向移动装置的摩擦系数u的范围为：

其中，d是所述轴向移动装置的直径；

T是所述传动系统传递的扭矩；

m₁、m₂分别是激励部和被激励部的质量；

k₁、k₂分别是激励部和被激励部的刚度；

c₁、c₂分别是激励部和被激励部的阻尼；

F₀是所述激励部的激振力的轴向分力F的幅值；

ω是所述激励部和所述被激励部的振动圆频率。

进一步地，所述轴向移动装置是花键或者是伸缩型球笼式万向节。

本发明还提供一种汽车的底盘传动系统，所述底盘传动系统基于上述任一项所述的轴向振动控制方法，所述底盘传动系统的后传动轴与后桥之间设置轴向移动装置，使后传动轴能够相对所述后桥轴向移动，和/或，所述底盘传动系统的前桥与动力总成之间设置轴向移动装置，使所述前桥能够相对所述动力总成沿前传动轴的轴向移动。

本发明提供的控制方法具有以下技术效果：

该控制方法实现了激励部和被激励部的解耦，因而可以很容易地控制被激励部的轴向振动，另外，由于汽车的底盘传动系统为了适应车辆垂向跳动导致的轴向位移变化，本身就会在激励部的激振力传递路径上布置轴向移动装置，所以该控制方法无需额外设置轴向移动装置，只需改变既有轴向移动装置的位置或优化移动装置的参数即可，因而不会增加底盘传动系统的结构部件。

附图说明

图1为本发明提供的控制方法的示意图；

图2为本发明提供的控制方法在汽车的底盘传动系统上的一种应用例的示意图；

图3为图2所示的汽底盘传动系统改变轴向移动装置的位置前后的车内噪声曲线；

图4为本发明提供的控制方法在汽车的底盘传动系统上的另一种应用例的示意图；

图5为图4所示的底盘传动系统改变轴向移动装置的类型前后的振动加速度曲线；

图6为图4所示的底盘传动系统改变传动轴传递的扭矩前后的振动加速度曲线。

附图标记说明如下：

10激励部，20被激励部，30轴向移动装置；

1后桥，2后传动轴，3动力总成31发动机，32变速器，33分动器，4前桥，5前传动轴。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

如图1所示，传动系统包括激励部10和与之相连的被激励部20，运行过程中，激励部10产生的激振力沿轴向传递至被激励部20，引起被激励部20沿轴向的模态共振，使被激励部20产生轴向振动。

为了控制传动系统的轴向振动，本方案提供一种传动系统的轴向振动控制方法。

如图1所示，该控制方法是在被激励部20和激励部10之间设置轴向移动装置30，使激励部和被激励部通过轴向移动装置可相对轴向移动，也就是说，轴向移动部将激励部和被激励部连接在一起，并且，连接状态下，被激励部能够相对激励部轴向移动。

并且，该控制方法还将轴向移动装置的摩擦系数设置为小于预设值，这样，激励部的激振力的轴向分力能够克服轴向移动装置的轴向静摩擦力，因而被激励部能够在激励部的激振力作用下相对激励部轴向滑动。

设激励部的质量、被激励部的质量分别为m₁、m₂；

设激励部的轴向位移、被激励部的轴向位移分别为x₁、x₂；

设激励部的轴向位移幅值、被激励部的轴向位移幅值分别为x_1，0、x_2,0；

设激励部的阻尼、被激励部的阻尼分别为c₁、c₂；

设激励部的激振力的轴向分力F的幅值为F₀，F_0＝F/sin(ωt)；

设激励部和被激励部的振动圆频率为ω；

设激励部和被激励部的振动时间为t；

则传动系统的振动微分方程为：

其中:

由于被激励部能够在激励部的激振力作用下相对激励部轴向移动，所以使轴向移动装置产生轴向滑动摩擦力f_c,0，轴向滑动摩擦力f_c,0在一个振动周期内做的功可以等效为阻尼c_eq在一个振动周期内做的功，因此得到下式：

其中：

由(3)式求得：

将(2)、(4)式带入(1)式，计算得到被激励部的位移幅值x_2,0为：

从(5)式可知，在激励部和被激励部之间安装了轴向移动装置且两者能够在激励部的激振力作用下相对移动时，被激励部的位移幅值x_2,0只与轴向移动装置的轴向滑动摩擦力f_c,0有关，而与激励部的激振力大小以及其他参数无关，因此激励部和被激励部处于解耦状态，由此可以很容易地控制被激励部的轴向振动。

简言之，通过在激励部和被激励部之间安装轴向移动装置且使激励部和被激励部能够在激励部的激振力作用下相对轴向移动，实现了激励部和被激励部的解耦，因而可以很容易地控制被激励部的轴向振动。

另外，由于汽车的底盘传动系统为了适应车辆垂向跳动导致的轴向位移变化，本身就会在激励部的激振力传递路径上布置轴向移动装置，所以采用该方法控制轴向振动时，无需额外设置轴向移动装置，只需改变既有轴向移动装置的位置，将轴向移动装置改动到激励部和被激励部之间或优化移动装置的参数即可。

因而，该控制方法应用在汽车的底盘传动系统上时，不会额外增加底盘传动系统的结构部件，因而在有效控制底盘传动系统的轴向振动的同时，不会使底盘传动系统的结构复杂化，因此不会对底盘传动系统造成负面影响。

具体的，可以将轴向移动装置的摩擦系数μ的范围设置为：

μ在该范围内可以确保激励部在激振力作用下相对被激励部顺滑地轴向滑动，从而能够达到较好的减振效果。

具体的，从上述(5)式可知，可以通过减小轴向移动装置的轴向滑动摩擦力f_c,0来减弱被激励部的轴向振动。

具体的，设传动系统传递的扭矩为T，设轴向移动装置的直径为d，则轴向移动装置的轴向滑动摩擦力f_c,0为：

f_c,0＝2μT/d……(6)

从(6)式可知，可以通过减小轴向移动装置的摩擦系数μ，和/或，减小传动系统传递的扭矩为T，和/或，增大轴向移动装置的直径d来减小f_c,0。

具体的，轴向移动装置可以是花键，也可以是伸缩型球笼式万向节。花键的设置成本低，伸缩型球笼式万向节的摩擦系数低于花键的摩擦系数，更利于减振。

图2-图6给出了上述控制方法在汽车的底盘传动系统上的应用例。

图2中，后传动轴2与后桥1的齿轮相连，后桥1齿轮的啮合力(即激振力)传递至后传动轴2，使后传动轴2产生轴向振动，引起车内出现啸叫声。

因而，在解决图2中的底盘传动系统造成的车内啸叫问题时，后桥1的齿轮是激励部，后传动轴2是被激励部。

以往，将轴向移动装置设置在后传动轴2的前端(图2中a所指位置)，基于上述控制方法后，将轴向移动装置改动到后传动轴2和后桥1之间(图2中b所指位置)。

如图3所示，将轴向移动装置改动到后传动轴2和后桥1之间后，车内的啸叫噪声在各转速段均有所减小。

图4中，前传动轴5的一端与动力总成3相连，动力总成3包括发动机31、变速器32和分动器33等，前传动轴的另一端与前桥4相连，动力总成3产生的激振力通过前传动轴5传递至前桥4，引起前桥4轴向振动，导致车内出现轰鸣声。

因而，在解决图4中的底盘传动系统造成的车内轰鸣问题时，动力总成3是激励部，前桥4是被激励部。

以往，图4中的底盘传动系统在使动力总成3与前传动轴5通过花键相连，基于上述控制方法后，将花键改为摩擦系数更小的伸缩型球笼式万向节。伸缩型球笼式万向节是本领域的常用部件。如图5所示，改为伸缩式球笼式万向节后，底盘传动系统的轴向振动明显减弱。

以往，图4中前传动轴传递的扭矩为150Nm，基于上述控制方法，将前传动轴的扭矩减小到50Nm。如图6所示，减小前传动轴的扭矩后，底盘传动系统的轴向振动明显减弱。

从上述两个应用例可以看出本方案提供的控制方法能够有效控制传动系统的轴向振动。

另外，需说明，本方案提供的控制方法除了应用在汽车的底盘传动系统上外，也可用在其他传动系统中，比如电机传动系统等。

以上对本发明所提供的传动系统的轴向振动控制方法及汽车的底盘传动系统的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.传动系统的轴向振动控制方法，所述传动系统包括激励部和被激励部，激励部的激振力沿轴向传递给被激励部，其特征在于，所述轴向振动控制方法是：在所述激励部和所述被激励部之间设置轴向移动装置，并将所述轴向移动装置的摩擦系数u设置为小于预设值，以使所述激励部的激振力的轴向分力F能够克服所述轴向移动装置的轴向静摩擦力，从而使所述激励部能够相对所述被激励部轴向滑动。

2.根据权利要求1所述的传动系统的轴向振动控制方法，其特征在于，所述轴向振动控制方法具体是：减小所述轴向移动装置的轴向滑动摩擦力f_c,0。

3.根据权利要求2所述的传动系统的轴向振动控制方法，其特征在于，通过以下方式减小所述轴向移动装置的轴向滑动摩擦力f_c,0：

减小所述轴向移动装置的摩擦系数u，和/或，

减小所述传动系统传递的扭矩T，和/或，

增大所述轴向移动装置的直径d。

4.根据权利要求1-3任一项所述的传动系统的轴向振动控制方法，其特征在于，所述轴向移动装置的摩擦系数u的范围为：

其中，d是所述轴向移动装置的直径；

T是所述传动系统传递的扭矩；

m₁、m₂分别是所述激励部和被激励部的质量；

k₁、k₂分别是所述激励部和被激励部的刚度；

c₁、c₂分别是所述激励部和被激励部的阻尼；

F₀是所述激励部的激振力的轴向分力F的幅值；

ω是所述激励部和被激励部的振动圆频率。

5.根据权利要求4所述的传动系统的轴向振动控制方法，其特征在于，所述轴向移动装置是花键或者是伸缩型球笼式万向节。

6.汽车的底盘传动系统，其特征在于，所述底盘传动系统基于权利要求1-5任一项所述的轴向振动控制方法，所述底盘传动系统的后传动轴与后桥之间设置轴向移动装置，使后传动轴能够相对所述后桥轴向移动，和/或，所述底盘传动系统的前桥与动力总成之间设置轴向移动装置，使所述前桥能够相对所述动力总成沿前传动轴的轴向移动。

Images