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原文传递四驱汽车动力分配关键部件结构优化设计与动力学分析

论文题名：	四驱汽车动力分配关键部件结构优化设计与动力学分析
关键词：	四轮驱动汽车;分动器;结构优化;适应性设计;动力学分析
摘要：	随着汽车技术的发展，四轮驱动汽车越来越得到消费者的青睐，众多汽车制造厂商也纷纷推出四驱汽车，但目前对于四驱汽车动力分配的关键部件—分动器研究甚少，没有形成成熟的理论体系。因此，针对目前不同类型的四驱汽车分动器开展理论和工程应用研究具有重要的理论意义和工程应用价值。　　本文在对国内外全时四驱、分时四驱和适时四驱三种四驱汽车类型的动力分配关键部件进行分析总结的基础上，采用理论分析、数值模拟和实验相结合的方法，对机械式分动器、智能扭矩分配式分动器以及轮间差速器进行了深入研究。完成的主要研究工作和成果总结如下: 　　(1)基于适应性重构设计理论构建了分动器适应性重构设计系统，包含设计方案、零部件可适应性设计和智能装配等模块，为分动器总成部件的设计提供了一种新的方法;在此基础上，运用Visual C＃.net和Sql Server软件开发了分动器适应性可重构设计软件; 　　(2)针对四驱汽车常用的3种分动器结构特点，推导了各种类型分动器动力传递特性以及分动器极限工况下的力学公式;以某适时四驱汽车分动器为例，进行了分动器的模态实验和有限元模态分析、静力学分析、疲劳寿命分析以及拓扑优化设计，为开展分动器力学分析提供了参考; 　　(3)基于流固耦合理论建立了分动器动网格及两相流模型，通过试验和计算机数值模拟相对比，验证了所建模型的准确性;在此基础上得到了分动器封闭体积内流场的流动特性;通过不同浸油高度下的两相流仿真分析，建立了基于响应曲面法的分动器润滑油量优化模型，得到了最佳润滑油量，为分动器润滑油的设计提供了理论方法; 　　(4)提出基于满意度评价方法对分动器进行多学科协同优化设计，建立了以分动器的体积、最大爬坡度和燃油经济性为评价指标的分动器优化模型;运用DOE-ASA算法的组合优化方法进行优化设计，得到了满意的结果。优化后整车燃油消耗量和分动器的体积下降明显; 　　(5)针对轮间差速器总成的结构特点以及铸件脆性材料特点，基于微粒子群算法，采用参数化建模方法开展了差速器结构优化设计，优化前后差速器力学特性对比验证了优化结果的正确性; 　　(6)开展四驱汽车前后轴以及左右轮间动力分配对整车动力性、燃油经济性、制动性和行驶安全性等性能的影响研究，得出了如下结论:在不同路面附着系数和不同车速下，轴间扭矩分配对于动力性指标以及燃油经济性指标影响显著;轴间扭矩分配对于制动性能影响不大;汽车转向时，前后轴动力转移对整车质心侧偏角、横摆角速度有明显影响。当动力由后轴向前轴转移时，汽车的行驶安全性有明显改善;汽车转向时增加汽车内侧车轮的扭矩分配可改善汽车的转向行驶状态;相比较轴间扭矩分配，轮间扭矩分配对于改善整车行驶安全性更为优越; 　　(7)提出了通过动力分配改善汽车行驶安全性性能的方法，推导了动力分配对于汽车行驶安全性的影响公式;开展了基于神经网络PID算法的动态扭矩控制算法研究，在此基础上搭建了基于NI设备的动力分配控制硬件在环平台，通过采集实车试验数据进行了控制方法有效性验证。
作者：	陈黎卿
专业：	车辆工程
导师：	陈无畏
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文