基于CATIA的乘用车前驱动轴布置优化

作者:张伟;陈忠廷;于霞;李林; 刊名:汽车工程师 上传者:李晶

【摘要】为研究乘用车驱动轴布置的相关设计方法,对布置方案的制定进行了分析。利用CATIA软件建立模型,在整车状态下对驱动轴总成进行运动仿真。通过验证驱动轴与周边零部件的位置关系,及时发现潜在设计风险。结果表明:驱动轴滑移摆角范围随布置状态改变,合理的布置角度及轴杆长度可以有效地控制滑移摆角的范围,进而在设计初期降低振动噪声及轴杆与周边零部件的干涉风险。

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作为整车的重要关键部件,驱动轴起到连接变速箱与车轮的作用,其功能是保证等速、可靠、平稳、低噪声地将发动机的动力传递给车轮,同时满足汽车行驶过程中车轮上跳、下跳、转向等多种工况轴的伸缩与摆动的要求[1]。合理的驱动轴布置方案可以将行驶过程中产生的附加载荷、振动噪声、运动行程控制在允许的范围内,同时降低整车各工况下出现共振及干涉现象的风险[2]。文章基于某款EV车型的前悬架运动机构,利用CATIA软件建立模型,从总成布置角度、移动节滑移范围、空间位置校核等方面对驱动轴布置方案进行优化,旨在通过合理的驱动轴布置,使整车能够在最大程度上发挥传动效率,提高NVH性能,为汽车传动系统提供稳定而高效的动力输出。1驱动轴总成结构及布置形式图1示出驱动轴总成结构简图。驱动轴总成在整车上的布置形式需根据机舱布置、动力总成倾角、轴杆长度、直径、轴间夹角及相位、轮毂点坐标等参数进行确定。这些参数直接影响到驱动轴移动式万向节工作时的角度变化量和轴向滑移变化量。角度变化越大,万向节磨损越严重,会影响万向节的使用寿命;轴向滑移设计变化量越小,对于动力传动越理想,驱动轴的NVH性能也好些,同时还可以减少轮胎的非正常磨损[2]。因此,要求万向节的初始角度和变化范围尽量小(设计载荷状态下,初始角度应控制在7°以下)。驱动轴总成的布置形式主要分为两轴式和三轴式,如图2所示。两轴式布置形式结构简单、成本低,在传统经济型轿车中被广泛采用,但因装配后移动节壳体靠近差速器,所以需在差速器端口处预留足够大的布置空间,且左右轴杆长度不一致,增加了跑偏风险;三轴式布置形式需在长轴一侧移动端节柄处增加中间支撑结构,用以改善差速器端口处的布置空间,同时左右中间轴杆长度更趋于一致,提高了刚度一致性,降低了跑偏风险。文章基于某款EV车型进行分析,考虑到电机在起步阶段输出扭矩值较大,对左右轴杆扭转刚度一致性图2驱动轴总成布置形式a两轴式b三轴式卡箍卡箍差速器端:移车轮端:固动式万向节定式万向节防尘罩中间轴杆防尘罩图1驱动轴总成结构简图依次搭建前轴系统DMU模型,如图4所示。模型共包含运动部件16个(系统自由度数为96,其中车身安装点为固定部件),运动副21个(约束自由度数为94)。按照车型悬架及转向行程设计要求,在车轮轮胎接地点处施加轮跳驱动(驱动自由度数为1)、在转向器齿条处施加转向驱动(驱动自由度数为1),所建立DMU模型满足式(1)。3 DMU运动学特性仿真分析3.1仿真试验设计在CATIA中对麦弗逊前悬架仿真模型进行双轮同向跳动仿真试验。根据动力总成位置及姿态、前悬硬点参数、车轮定位参数、车轮上下跳行程、转向行程等输入条件,建立前轴系统DMU运动学模型。3.2滑移摆角分析根据建立的设计载荷状态下的DMU运动模型,初步确定驱动轴轴杆长度。经测量,驱动轴理论内、外节心点的距离为474.4 mm。依据此轴杆长度、移动节极限滑移曲线、车轮上下跳行程及转向行程等输入条件,进行驱动轴滑移摆角分析。经测量,驱动轴在以下9种工况中的滑移、摆角参数,如表1和图5所示。向内滑移为负,向外滑移为正。减振器活塞杆减振器外筒固定节轴杆稳定杆连杆转向拉杆下摆臂稳定杆转向节轴杆移动节副车架转向器稳定杆要求较高,故采用三轴式布置形式。2建立DMU运动学模型2.1空间机构自由度计算由于受零件结构等因素的影响,模型搭建容易出现错误,与实际运动不符,不能达到运动仿真分析的目的,所以仿真前需对模型进行详细分析,并通过系统自由度的计算,确保模型搭建的正确性。采用机构运动学方法建立悬架系统模型,需要满足式(1)所示的系统自由度[3]。FD=6

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