[发明专利]汽车驱动桥系统的模态综合动力学建模与分析方法

说明书

本发明涉及一种汽车驱动桥系统的模态综合动力学建模与分析方法，其特征在于，包括以下内容：1)建立驱动桥各部件的有限元模型，根据部件之间的连接关系定义边界节点，建立各部件的模态综合模型，求得各部件的模态综合刚度矩阵和质量矩阵；2)建立各部件连接关系模型；3)将各部件的模态综合刚度矩阵和质量矩阵按照连接关系组集，建立完整的驱动桥系统模态综合动力学模型，获得驱动桥系统的刚度矩阵和质量矩阵；4)计算驱动桥系统动力学模型的固有振动频率和正则振型，并采用模态叠加法计算主减速器齿轮动态啮合力激励下驱动桥系统的动力学响应。本发明整个建模过程具有较强的通用性，且具有较高的计算效率，可以广泛应用于齿轮传动系统的动力学分析中。

技术领域

本发明是关于一种汽车驱动桥系统的模态综合动力学建模与分析方法，属于车辆传动技术领域。

背景技术

驱动桥是汽车的核心动力总成和主要振动噪声源，它在工作过程中产生的振动噪声会严重影响汽车可靠性、乘员舒适性和运输安全性。主减速器齿轮在啮合过程中产生的动态激励是驱动桥系统振动噪声的主要原因，主减速器齿轮、传动轴系、滚动轴承以及壳体等零部件之间的相互耦合作用对驱动桥系统的整体动力学性能具有非常重要的影响，要准确分析驱动桥系统的动力学特性，必须准确建立完整驱动桥系统的动力学模型，从而为驱动桥产品的设计分析提供有效指导。

现有研究大多采用集中参数模型对齿轮传动系统进行建模分析，虽然集中参数建模方法的计算效率较高，但是无法准确模拟驱动桥系统部件特征，尤其对壳体和轴承等部件的建模过于简化。由于驱动桥包含多个接触关系，如果采用有限元接触计算方法对驱动桥进行建模，系统模型的规模巨大，接触分析需要消耗大量的计算资源，求解效率和收敛性很低。现有研究采用空间梁单元对驱动桥进行动力学建模和分析，虽然能够较为理想的模拟传动系部件，但是无法准确体现齿轮、十字轴和差速器壳等部件特征。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确模拟驱动桥动力学特性同时能够大大缩减模型规模的汽车驱动桥系统的动力学建模与分析方法

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽车驱动桥系统的模态综合动力学建模与分析方法，其特征在于，包括以下内容：1)建立驱动桥各部件的有限元模型，根据部件之间的连接关系定义边界节点，建立各部件的模态综合模型，求得各部件的模态综合刚度矩阵和质量矩阵；2)建立各部件连接关系模型；3)将各部件的模态综合刚度矩阵和质量矩阵按照连接关系组集，建立完整的驱动桥系统模态综合动力学模型，获得驱动桥系统的刚度矩阵和质量矩阵；4)计算驱动桥系统动力学模型的固有振动频率和正则振型，并采用模态叠加法计算主减速器齿轮动态啮合力激励下驱动桥系统的动力学响应。

进一步，步骤1)中驱动桥各部件包括传动轴凸缘、主动齿轮轴、从动齿轮、差速器壳、十字轴、行星轮、左太阳轮、右太阳、左半轴、右半轴、左车轮、右车轮以及桥壳，其中，有限元模型的单元类型采用四节点四面体单元。

进一步，步骤1)中各部件的模态综合刚度矩阵和质量矩阵的计算时采用固定界面模态综合法对有限元模型进行缩维，缩维后的模态综合刚度矩阵K′和模态综合质量矩阵M′表示为：

式中，K和M分别为原有限元模型的刚度矩阵和质量矩阵；k_cc为边界自由度对应的刚度矩阵；k_nc和k_cn为边界自由度与主模态自由度之间的刚度耦合项；k_nn为主模态自由度对应的刚度矩阵；m_cc为边界自由度对应的质量矩阵；m_nc和m_cn为边界自由度与主模态自由度之间的质量耦合项；m_nn为主模态自由度对应的质量矩阵；Φ为模态综合变换矩阵。