软件优化变速箱元件效率 提升汽车里程

随着环保标准收紧以及消费者对燃效的要求越来越高，汽车制造商需要开发出更轻的组件帮助实现车辆低排放以及高里程。德国福伊特（Voith）公司旗下的Voith Turbo部门专注于开发汽车、轨道列车的液力传动、制动系统。其认为，达到上述目标的方法之一就是增强变速箱的效率。

福伊特公司将材料轻量化作为提升变速箱效率的最重要方法。虽然工程师在开发阶段已经尽可能地优化变速箱设计，但他们认为仍然有提升效率的空间。为了优化自动变速箱组件结构，福伊特公司利用FE-DESIGN公司的Tosca Structure软件进行优化工作。

Tosca Structure是一款针对非参数结构优化的模块化软件系统。Voith Turbo公司利用这款软件对变速箱中的行星架组件进行了优化。行星齿轮传动系统中包含一个或多个外部行星齿轮，围绕内部中心齿轮旋转。而该系统本身也可围绕中心齿轮一同旋转。

从左至右依次为行星齿轮架原始设计、计算机辅助工程设计、软件设计以及结构精简后的轻量化设计

首先，工程师利用Tosca Structure软件制定出功能区域和组件连接领域，剩余的空间则被定义为“有效设计空间（available design space）”。在首先确保了组件的功能性和可制造性之后，才对其进行优化设计。通过该方法，行星架上的功能刚度（指轴承的耐久性和每个行星齿轮侧面的负载相等）得到了保证。

随后Tosca Structure会自动定义出多余的力通量区域，并在计算机中模拟去除这部分的材料。由于生产过程中的各项标准已经直接设定在软件中，因此在利用CAD系统优化时可以直接对铸造参数进行改动。

Voith Turbo公司商用车技术负责人Bernd Wӧhrle表示：“通过Tosca Structure软件，我们找到了节省材料并提高自动变速箱行星齿轮机构效率的最好方案。”

新设计的齿轮架组件相比上一代产品的重量下降了30%。更紧凑的行星架结构意味着在变速箱模具中能够容纳更多的组件，也就是说以相同的铸造过程生产出更多的铸造件。