基于能量解耦理论的汽车动力总成悬置系统优化.pdf

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1、轻型汽车技术2013(9)总289技术纵横29基于能量解耦理论的汽车动力总成悬置系统优化郭福祥吴旭静吕传志黄伟(南京依维柯汽车有限公司)摘要为了提高汽车动力总成悬置系统的隔振能力，降低整车振动，本文建立了汽车动力总成悬置系统的六自由度模型。采用以能量解耦，侧倾和垂直传递率最小的综合目标函数，利用VC平台开发出界面友好的悬置优化软件，对国内某轻型客车动力总成悬置系统进行了优化设计。结果表明选择合适的动力总成悬置参数可以有效的衰减传递到车架的振动。本文的研究成果为改善动力总成悬置系统的隔振能力提供了理论依据，对于提高汽车的NVH

2、性能具有积极意义。关键词：动力总成悬置系统优化设计振动能量解偶引言路面条件的不断改善和悬架系统的完善使得动力总成的振动成为影响汽车振动的主要因素，合理选择动力总成悬置的位置角度和刚度能够有效的降低传递到车架的振动。由于动力总成的优化设计涉及到繁琐复杂的计算过程，因此，本文利用VC平台编制了一款用于动力总成悬置系统优化设计的计算软件，可以用来提高对动力总成悬置系统进行优化设计，改善整车NVH性能。图1动力总成悬置系统六自由度模型1悬置系统的6自由度模型拉格朗日方程_l1闭：a．aT)建立如图1所示的6自由度力学模型，图中dll

3、一一嚣一0Qi+十一aQl+十嚣—aQ_t=㈣{，’Go-XYZ是动力总成质心坐标系，原点位于动力总成处于静平衡的质心位置，x指向汽车前进方形，推导可得系统的振动方程如下：Y平行于车架上平面，z由右手定则确定。】{Q}+[C】{Q)+】{Q}={F(0}(2)由于悬置系统的固有频率一般比动力总成的式中M——质量矩阵最低阶弹性模态低得多，因此此处假设动力总成C——阻尼矩阵可以假设为刚体，各悬置具有三向刚度和阻尼，液K——刚度矩阵压悬置的刚度和阻尼随频率发生变化。系统的广{Q卜一广义坐标列向量义坐标为沿X、Y、z方向的平动坐标x

4、,y、z；以及绕fF)卜_一系统所受的激振力X、Y、Z的转动坐标0，0，0。2悬置系统的设计优化在考虑阻尼的情况下，悬置系统为一非保守系统，通过系统动能势能以及耗散能的计算，结合悬置系统的设计有很多制约，在设计时候，应30技术纵横轻型汽车技术2013(9)总289该结合具体实际情况综合考虑，既要满足自身性能和功能的要求，又要满足整车性能对悬置设计：=jr1一提出的要求，在复杂的情况下需要在矛盾中求得10(6)平衡圆，目前主要有悬置系统的能量解耦，系统固有频率的合理匹配，悬置系统的振动传递率和悬置处得直反力最小这几个设计原则，

5、本文以这几当女干gi~a,j的上限或小于g。的下限个原则作为优化目标进行优化设计。时，si等于f一gi,,bjf，其他情况下s。等于0。2．1悬置系统的能量解耦式中—设计变量向量悬置系统的6自由度振动是互相耦合的，沿．∽——系统第阶固有频率某个自由度的激励会引起系统的多个模态，这样蜀_一对于系统第阶固有频率的配置值会导致动力总成的振幅加大，振动的频带过宽。如mi——对于第阶频率的加权因子果要达到较好的隔振效果，需要使用更软的悬置2．3直反力最小元件，而悬置元件过软会降低悬置的使用寿命，悬这一优化目标是使在一定激励作用下的各悬

6、置系统变形加大，可能与周围元件发生干涉。因此置的三向支反力之加权和值为最小，采用加权系需要对悬置系统6自由度进行解耦，本文采用能数是为更严格地控制某些方向的支反力大小5。量解耦计算。目标函数的表达式为：由于刚体仅沿某一自由度振动而和其它自由J=(7)度解耦时，其振动能量只集中于该自由度上，所以当系统做i阶主振动时，第k个广义坐标上分到的能量占整个系统能量的百分比为：式中F

7、_一第i个悬置处的动反力I()m)(1)1权系数DIPo—————一*100％(3)J的减小意味着悬置总反力减少，即动力总∑∑()()成向车体传的力或力矩

8、幅值的减少；悬置受力的减少有利于悬置寿命的延长。上式中{4,j}为第J阶固有振型向量中第k个2．4传递率最小以侧倾方向的振动传递率为例，目标函数表元素，m为质量矩阵的第k行J列的元素。DIP达式为：对应的值越高对应的解耦程度越高。因此能量解耦的目标函数为：=釜。％(8)6——=M-系统在侧倾反力矩幅值∑co,,(1O0-DIP~))i=1M∑(Fyi—F(9)式中i——系统固有频率的阶数∞

9、_一对应于第i阶频率的加权因子M。为谐波扰动力矩幅值J，值的大小表示扰2．2固有频率的合理匹配动力矩传给车体振动成分的大小。J的降低就意

10、味配置系统固有频率是指先给出系统的六阶期着系统隔振性能的改善。如果发动机的振动引起整车的振动响应过大I6]，宜于采用以悬置处动反力望频率，在优化计算过程中让系统频率逐渐逼近最小目标函数和传递率最小目标函数这两种优化这些预配置的值。其表达式如下：模型进行优化设计。2．5综合目标函数(5)以上