This work describes the use of Multi-Body Simulation (MBS) to create a virtual prototype of a geared drive called Power transfer unit (PTU). PTU is a subsystem of the all-wheel drive driveline responsible for transfer of power between front and rear axles in an Automobile. The objective of the developing the prototype is to simulate the dynamic behavior of the PTU. Focus is on predicting the gear transmission error(TE) and gearbox housing vibration level. A Hypoid gear set, bearings, tubular shaft and housing are the major components in the PTU. This work is carried out at GKN Automotive which specializes in development of Automotive All wheel drive systems. When developing such geared systems one important characteristic analyzed is the noise and vibration it generates. And for companies like GKN it is desirable to predict these characteristics as early as possible for two reasons, to avoid late design changes and to speed up the product development cycle. To achieve this, a validated virtual model which is computationally efficient is desired. The methodology followed contains of two facets, development of the MBS model and validation of the developed model with physical testing. An integrated MBS-FEM approach is used, an FE modal reduction technique is used to create flexible components with which a virtual prototype is built and simulated in an MBS tool MSC ADAMS c . Gear contact and bearings are defined using an analytical approach which considers the nonlinear stiffness and damping. A dynamic analysis and system level modal analysis is performed to predict the TE, housing vibrations and PTU modal parameters. Experimental modal analysis and physical testing on test rig are performed to measure the actual values of the above predicted outputs. Parameters like damping, contact stiffness of the model are then tuned to achieve correlation. When comparing test and prediction, close correlation is seen in the TE and for housing vibration a similar trend is observed with some deviations. Predicted TE is heavily dependent on gear contact parameters. On the modal parameter comparison, a correlation of five modes and mode shapes below 2500Hz is seen which shows the validity of the MBS model. Parameter studies are performed to study the effect of bearing damping and preload on housing vibrations and TE. It is observed that an optimum value of preload and damping is essential to avoid unnecessary vibrations. In conclusion, the model with some fine tuning of damping parameters can be used for virtual noise and vibration analysis of the PTU. / Detta arbete beskriver anv¨andningen av beräkningsmetoden Multi-Body Simulation (MBS) för att skapa en virtuell prototyp av en vinkelväxel (Power Transfer Unit, PTU ). PTU är ett delsystem för fyrhjulsdrift som har funktionen att överföra kraft mellan fram- och bakaxlar i en bil. Målet med att utveckla modellen är att simulera PTUns dynamiska beteende. Fokus ligger på att beräkna vinkelväxelns transmissionsfel och vibrationsnivåer på växellådans hus. De vikitgaste komponenterna i PTUn är hypoidväxeln med kronhjul och pinjong, röraxel, lager och hus. Detta arbete har utförts på GKN Automotive som är specialiserade på utveckling av drivsystem för fyhjulsdrivna bilar. Ljud och vibrationer är viktiga egenskaper att ta hänsyn till under utvecklingen. För företag som GKN är det önskvärt att kunna beräkna dessa egenskaper så tidigt i projektet av två skäl: dels för att undvika sena konstruktionsförändringar och dels att påskynda produktutvecklingscykeln. För att uppnå detta behövs en validerad virtuell modell som är beräkningseffektiv. Den metod som använts innehåller två delar: utveckling av MBS-modellen och validering av den utvecklade modellen med fysisk testning. En integrerad MBS-FEM -mettod har använts. Det innebär att en FE-modal reduktionsteknik andvänds för att skapa flexibla komponenter med vilka en virtuell prototyp byggs och simuleras i ett MBS-verktyg (MSC ADAMS (c) ). Lager och kuggkontakt i växeln definieras med hjälp av en analytisk metod som beaktar den olinjära styvheten och dämpningen. En dynamisk analys och modalanalys på systemnivå har utförts för att beräkna TE, husvibrationer och PTUns modala parametrar. Experimentell modalanalys och testning i rigg gjorts för att mäta motsvarande värden som har beräknats. Parametrar som dämpning och kontaktstyvhet har sedan justerats för att uppnå korrelation. Vid jämförelse av test och förutsägelse ses en god korrelation i TE och för husvibrationer observeras en liknande trend, med vissa avvikelser. Beräknat TE är starkt beroende på parametrar för kuggkontakten i växeln. Vid jämförelse av modala parametrar ses en god korrelation under 2500 Hz mellan fem moder i mätning och beräkning vad gäller frekvens och modform, vilket visar MBS-modellens giltighet. Parameterstudier har utförts för att studera effekten av lagerdämpning och förbelastning på TE och husvibrationer. Ett optimalt värde på förbelastning och dämpning är viktigt för att undvika onödiga vibrationer. Sammanfattningsvis kan modellen med viss finjustering av dämpningsparametrar användas i virtuell ljud- och vibrationsanalys av PTU.

Vinkelväxlar och slutväxlar spelar en viktig roll för kraftöverföringen mellan motor och hjuli fyrhjulsdrivna bilar. Med en ökande konkurrens finns en efterfrågan för att ständigt förbättraeffektivitet, ljudgenereringegenskaper och hållfasthet. För att uppnå detta krävs en bättreförståelse av systemets dynamiska egenskaper. En detaljerad numerisk dynamisk modell ärdock ofta beräkningsmässigt tung och tidskrävande. Verktygen för den dynamiska modelleringenbehöver bli mer effektiva och i vissa fall kan en kombinationen av två verktyg vara ett bättrealternativ. Denna integrerade plattform kan användas för att effektivt modellera dynamiken ochfå en bättre inblick i systemts beteende.Vinkelväxlen är en enhet vars funktion är att fördela kraften mellan fram- och bakaxel. De viktigastekomponenterna i vinkelväxeln är en hypoid-drevsats och en klokoppling, som aktiveras närkraft ska överföras till bakaxeln via kardanaxeln. Detta arbete modellerar dynamiskt beteendei vinkelväxeln och har sytftet att beräkna transmissionsfelet i systemet och dess effekt somexciteringskälla av ljud och vibrationer i systemet. MSC ADAMS har använts för Multi-Bodyberäkningsverktyg för modelleringen.Det beräknade transmissionsfelet har jämfört med testresultat. Dessutom har en co-simuleringmed både ADAMS och SIMULINK genomförts för att skapa en bas för tillämpa optimeringsalgoritmer.Bultarna i bultförbandet samt deras styvhet och förspänning har inkluderats i modellenoch studerats med avseende på effekten på vibrationer i kopplingspunkter, samt algoritmerför optimering har föreslagits. Korrelationen mellan test och beräkning var mycket god, ochdessutom har förslag på hur denna typ av beräkning kan förbättras ytterligare givits. / Automotive drive units play an important role in transmitting power from an engine to the wheels.In today’s competitive world, there is an increasing demand for these devices to be more efficient,quiet, and reliable at the same time. In order to achieve this, a better understanding of system’sdynamic behavior is necessary. A detailed dynamic model of a system is often computationallyintense to solve and time consuming. This demands more efficient tools to be developed and insome cases integrating two or more tools would be a better option. The integrated platform can beused to effectively model the dynamic behavior of a system and get better insights on the systembehavior.Power Transfer Unit (PTU) is a device whose function is to distribute power between a front axleand rear axle. This unit basically includes hypoid gear set and a dog clutch that is engaged whenthere is a requirement to transfer power to the Rear Drive Unit (RDU) through prop shaft. Thismaster thesis describes modeling the dynamic behavior of a PTU with a goal of predicting thetransmission error in the system and its effect as a source of excitation on the entire unit followedby studying system response to this type of excitation. MSC ADAMS was used as a Multi-BodySimulation tool to model the dynamic behavior of the PTU.The transmission error predicted by the simulation was compared with the test results, a cosimulationbetween SIMULINK and ADAMS was established in order to create a platform toapply optimization algorithms. The bolt and bearing stiffness were incorporated in the model andtheir effect on the mounting point accelerations and bearing point accelerations were studied. Itwas found that the bolt stiffness affects the acceleration levels at the coupling points and suitablealgorithms could be applied in order to find an optimum value. As a result of the good correlationbetween test and simulation data, some other useful conclusions have been derived in order todevelop this approach of modeling.