社科在线陈勇
随着“双碳”政策的提出，混合动力商用车因其低油耗和低排放的特点，成为广大汽车制造商的推广对象。
行星齿轮传动系统具有高承载能力、高传动效率、结构紧凑等优势，在混合动力汽车领域运用广泛。
实际上，功率分流式混合动力系统的结构可看作是串联式与并联式的结合体，也被称为电子控制无级变速器（ECVT）。其动力系统利用行星齿轮机构将发动机、电机等多种动力源输入进行深度耦合。
相较于传统汽车变速器，混合动力商用车ECVT变速器的行星齿轮传动系统所面临的挑战更为严峻，主要体现在振动和冲击方面。对该传动系统的动态特性进行深入研究，进一步优化传动结构，改善变速器的振动噪声，从而可满足商用车辆对平稳性和舒适性的需求。
齿轮系统动力学是研究齿轮传动过程中产生振动冲击的基础。国内外学者对齿轮传动系统的动力学已展开了多种研究，但一般研究对象为直齿圆柱齿轮和行星齿轮。
对行星齿轮传动系统的动力学特性已有广泛研究，但多针对直齿，针对混合动力商用车ECVT变速器使用的斜齿行星齿轮系统的动力学研究文献较为有限。
为此，我们综合考虑时变啮合刚度、相位差和齿侧间隙等因素，建立了针对混合动力商用车ECVT变速器行星齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学模型，采用4阶龙格库塔法对模型进行求解，并对求解结果进行傅里叶变换，从而便于直观分析整个系统的动态特性；最后，我们通过搭建台架进行实验，将采集数据与理论分析结果进行了对比。这项研究为行星传动系统结构参数设计和变速器振动特性优化提供了参考。
试验台为“三电机高速传动综合性能试验台”
混合动力综合性能试验台架平面图
我们通过建立ECVT变速器斜齿行星齿轮系统24自由度模型，分析了在发动机直驱模式下的动态特性；进行台架试验，对理论计算结果和试验结果的动态响应进行了对比分析并得出如下结论：
第一，以啮合相位差、时变啮合刚度和齿侧间隙等非线性因素作为系统输入，建立了混合动力商用车ECVT变速器24自由度行星齿轮传动系统集中参数解析模型，通过ode45函数进行数值求解，详细分析了各构件在x、y、z轴上的振动位移、内外啮合动态啮合力和动载系数。
第二，将振动位移时域信号进行傅里叶变换，转化为频域信号，得知太阳轮轴向振动最大，均值为100.62 μm，幅值为0.04 μm，由于其受到行星轮传递过来的不间断轴向力，导致了这一现象的发生。
第三，通过台架试验，对行星齿轮传动系统动态特性进行论证，验证了动力学模型的准确性。得出的测试数据为优化系统结构和改善ECVT变速器的振动特性提供了重要参考。
最近，我们又以一款新能源混合动力商用车ECVT壳体为研究对象，发现其齿轮传动激励和电机驱动激励引起变速器壳体自身振动产生的固体噪声，极大影响着驾驶舒适性和平稳性，制约了ECVT的推广及应用。
为突破变速器噪声、振动、声振粗糙度技术瓶颈和优化壳体结构，我们开展了壳体振动特性研究。通过构建齿轮轴系-壳体结构耦合模型，开展壳体自由模态分析和约束模态分析，获取固有频率与振型，确定壳体振动明显区域；探究发动机直驱模式下的壳体振动响应，计算行星齿轮啮合频率，并搭建ECVT试验台架，验证壳体振动特性。我们的研究结果表明，自由模态测试验证了壳体模型和模态仿真的准确性；振动试验的振动加速度峰值频率与仿真相符，并与行星齿轮啮合频率相近，最大振动加速度值误差小于8%，验证了齿轮轴系-壳体结构耦合模型的正确性。这项研究成果为混合动力商用车ECVT变速器壳体的结构优化设计、振动特性改善提供进一步参考。
作者简介：陈勇，工学博士，广西大学新能源汽车研究中心主任。博导。曾在日产汽车自动变速器技术中心作为高级技术专家工作18年。2008年回国任吉利汽车研究院副院长，总工程师。2015年后到大学担任教授工作。
