前置后驱汽车传动系与车身耦合振动机理研究

摘要

多用途汽车(MPV)因其具有较大的乘员空间、媲美轿车的乘车体验和厢式货车功能，一直以来都受到国内消费者的青睐。然而，用户对乘车舒适度需求的日益提高、汽车厂商之间的激烈竞争，使得MPV汽车普遍存在的振动噪声问题日益凸显。因而对汽车振动噪声产生机理的研究和汽车NVH性能的改善被业内广泛关注。　　本文以某型MPV汽车的车内轰鸣声问题为工程背景，对采用五连杆非独立悬架的前置后驱汽车的振动问题进行了深入地研究。　　在汽车XZ平面内将五连杆后悬架单侧简化为四连杆机构，分析求解各连杆间的相对运动关系。并基于连杆间的几何关系，对后桥及悬架中各部件进行了静力学分析，推导了其23维耦合非线性方程组，并基于MATLAB进行了数值求解，结果具有较高精度。分析表明，传动系驱动力矩会使车身产生以Z向为主的位移响应，当驱动力矩变化时，车身将产生振动。　　基于后桥及悬架的受力分析，提出主减速器齿轮对传动系与车身振动的耦合作用方式，推导同时考虑主减速器齿轮耦合途径和轮胎耦合途径的传动系与车身耦合振动力学模型，并对力学模型进行了自由振动和强迫振动分析。研究表明，考虑主减速器齿轮模型的传动系振动、汽车垂向振动和纵向振动间相互耦合;而不考虑主减速器齿轮时，传动系振动无法激起汽车垂向振动，汽车垂向振动对传动系振动和汽车纵向振动也没有明显的影响。　　在传动系与车身耦合振动理论的指导下，研究主减速器准双曲面齿轮的几何建模，并改进其仿真方法，以用于整车仿真。装配整车几何模型，在ADAMS/View中研究轮胎及路面、悬架非线性阻尼和柔性体车身的仿真方法，建立起精细化的、包含完整传动系的整车耦合振动仿真模型。　　为了探究传动系与车身耦合振动特性，对仿真模型进行了自由特性和强迫振动特性分析，并与实验或理论进行对比，验证模型的正确性。主减速器齿轮力的仿真值与理论值基本一致，说明齿轮建模及仿真方法可行;对含齿轮的传动系进行自由振动计算，发现传动系存在50Hz附近的扭振模态;对比相同测点的整车强迫振动响应仿真结果与实验测试结果，发现两者的振动特性基本吻合，并且量级一致。　　为改善汽车车内噪声，对某型MPV汽车车内噪声峰值频率附近的转速工况进行了整车振动特性分析，从激振源、传递路径及车身板壁件振动三方面分析了车内噪声产生机理，并提出噪声控制措施，为解决由传动系引起的汽车NVH问题提供依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 传动系与车身振动耦合理论研究

1．2．2 整车多体动力学仿真研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 汽车后桥及五连杆悬架的传力特性

2．1 悬架连杆位置及角度关系

2．1．1 后桥及悬架运动机构

2．1．2 悬架连杆几何关系

2．1．3 悬架连杆位置及角度关系求解

2．2 后桥及悬架受力分析

2．2．1 主减速器齿轮系统

2．2．2 轮胎及整体受力分析

2．2．3 后桥壳体

2．2．4 上拉杆及下摆臂

2．2．5 车身受力分析

2．3 后桥及悬架的静力学特性

2．3．1 连杆角度与驱动力矩关系

2．3．2 车身位移与驱动力矩关系

2．3．3 悬架受力与驱动力矩关系

2．4 本章小结

第3章 传动系与车身耦合振动机理

3．1 传动系主减速器耦合振动激励

3．1．1 主减速器齿轮附加给车身的力激励

3．1．2 车身垂向振动附加给主减速器齿轮的扭矩激励

3．2 轮胎耦合振动激励

3．2．1 传动系扭转振动附加给汽车纵向振动的位移激励

2．3．2 汽车纵向振动附加给传动系的扭角激励

3．2．3 汽车垂向振动附加给轮胎的扭矩激励

3．2．4 汽车垂向振动附加给纵向振动的力激励

3．3 整车耦合振动力学模型

3．4 整车耦合振动动力学方程

3．4．1 系统振动能量

3．4．2 系统振动能量导数

3．4．3 整车耦合振动微分方程

3．5 整车耦合振动特性分析

3．5．1 动力学方程整理

3．5．2 力学模型固有特性分析

3．5．3 力学模型强迫振动特性分析

3．6 本章小结

第4章 传动系与车身耦合振动仿真模型

4．1 主减速器准双曲面齿轮

4．1．1 齿轮几何建模

4．1．2 齿轮动力学建模

4．2 汽车轮胎及路面

4．2．1 汽车轮胎

4．2．2 二维路面

4．3 五连杆非独立后悬架

4．3．1 五连杆非独立悬架约束方式

4．3．2 悬架刚度及非线性阻尼

4．4 麦弗逊式前悬架

4．5 汽车柔性体车身

4．5．1 车身与悬架连接点简化

4．5．2 车身模态

4．6 本章小结

第5章 整车振动仿真与特性分析

5．1 整车振动仿真设置

5．1．1 驱动力矩与轮胎阻力矩

5．1．2 汽车仿真参数

5．2 整车多体仿真模型固有特性分析

5．2．1 轴荷分布与悬架偏频

5．2．2 轮胎垂向刚度

5．2．3 主减速器齿轮力

5．2．4 汽车传动系扭转振动模态

5．2．5 后桥-悬架系统的俯仰模态

5．3 整车强迫振动计算与实验验证

5．3．1 传动系扭转振动

5．3．2 后桥及悬架杆件振动

5．3．3 车身板壁件振动

5．4 车内噪声产生机理

5．4．1 转速1100rpm附近噪声成因

5．4．2 转速1300rpm附近噪声成因

5．4．3 转速1500rpm附近噪声成因

5．4．4 转速2300rpm附近噪声成因

5．5 车内噪声控制措施

5．6 本章小结

结论与展望

结论

创新点

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文