动力总成悬置系统优化方法研究.doc

动力总成悬置系统优化方法研究 1 动力总成悬置系统优化设计的数学模型 针对不同类型的动力总成悬置系统，可以从不同角度提出目标函数和约束条件来建立不同的优化设计模型。对于动力总成悬置系统的六自由度模型而言，常见的目标函数有：动力总成悬置系统六自由度解耦和部分解耦，系统固有频率的合理配置，系统的振动传递率最小或悬置支承处动反力最小以及由这些目标函数组成的统一目标函数。 1.1优化的目标函数 1.1.1固有频率合理配置目标函数 由隔振理论可知，当激振频率在系统固有频率附近时，系统振动的振幅将明显增大；当激振频率大于系统固有频率的倍时，才能起到隔振的效果。因此，悬置系统隔振设计的一个主要任务就是合理配置其固有频率，避免系统发生共振现象。从整车的角度来考虑，整车各子系统间的动力特性须合理匹配，动力总成悬置系统的固有频率应避开整车其它子系统相应方向上的固有频率，如悬架、车身以及车轮的振动频率，以防由此引起动力总成和其它子系统之间的共振。 系统固有频率的合理配置是指先给出系统的六阶期望频率，在优化计算过程中让系统的固有频率逐渐逼近这些预先配置的值，其表达式如下： (1-1) 式中：x为优化设计变量； wi为第i阶固有频率的加权系数； fi (x)为第i阶振动频率； giopt为第i阶振动频率的最优值。 下面分析一下动力总成悬置系统六个自由度方向上固有频率的合理配置范围。 1. Z向固有频率 从悬置软垫的耐久性方面考虑,动力总成悬置系统的Z向固有频率不能过低,同时必须大于车身在垂直方向的振动频率（一般在5Hz左右）,但也不能太高,否则,由于高频振动将破坏车辆的平顺性，一般应限制在10 Hz ～12Hz之间,综合考虑上面两个因素，gzopt的取值范围为：6Hz ≤gzopt ≤11Hz。 2. 向固有频率 对于动力总成而言，低频范围内其主要激励为绕曲轴方向的转矩，当此动频率和动力总成向固有频率接近时，系统在此方向上将发生共振。因动力总成沿向的振动频率必须低于发动机怠速时点火脉冲频率的1/同时又必须大于车身的扭转振动频率。一般车身的扭转振动频率在5Hz附近。因此α向固有频率的取值范围为：6Hz≤ ≤，其中fs为发动机的速点火脉冲频率，对于直列四缸发动机来说：f s=n/30。本文研究的发动机速转速为700r/min，则fs=23.33，所以，的取值范围为6Hz≤≤16.5 Hz。 3. β向固有频率 动力总成的俯仰振动频率必须远离汽车的俯仰振动频率,同时应远离由路面输入响应引起的低频振动。实验表明：在6 Hz ～15Hz之间比较合适。 4. X向固有频率 动力总成沿X向的纵向振动和沿β向的俯仰振动有耦合的趋势,因此，的取值范围为：6 Hz ≤ ≤15Hz。 5. Y向固有频率 动力总成沿Y向的横向振动和沿α向的侧倾振动有耦合的趋势，因此的取值范围为：6Hz ≤g yopt ≤16.5Hz。 6. 向固有频率 动力总成沿γ向的横摆振动和沿α向的侧倾振动有耦合的趋势，因此, 的取值范围为：6 Hz≤≤16.5Hz。 1.1.2能量解耦目标函数 通常情况下动力总成悬置系统六个自由度方向上的振动是耦合的，这种耦合是十分有害的，使系统固有频率的频带分布加宽，不便于系统固有频率的合理配置，增加了系统隔振的难度。因此，在动力总成悬置系统的隔振设计中，解除多自由度的耦合振动与合理配置系统的固有频率是同等重要的。 理论上讲，当前、后悬置的弹性中心与动力总成的质心完全重合时，可使系统在六个自由度方向上的振动完全解耦，但受到整车布置的限制，这种布置型式很难实现。传统的解耦方法主要是通过合理布置悬置来实现的，其基本原则是以动力总成的中心主惯性轴为坐标系来布置支承元件，以消除惯性耦合；使悬置的弹性中心位于系统的扭矩轴上或质心处，以消除弹性耦合，如采用V型悬置组等。在工程实际中，往往通过动力总成悬置系统的能量分析来衡量动力总成悬置系统在某个方向上的解耦程度，以及各个方向之间的耦合程度。 以能量解耦为目标进行优化设计，不用考虑发动机的激励力和力矩，因此该方法所用到的参数较少，具有较强的通用性。系统的能量耦合矩阵中对角线元素表示系统在做第i阶固有频率振动时占优方向所占的振动能量百分比，此值越大表示系统在该阶固有频率方向上振动解耦的程度就越高。系统的能量解耦目标函数可以表示为： (1-2) 式中：i为系统固有频率的阶数； wi为对应于第i阶频率的加权因子； DIGi为对应于第i阶固有频率的振动占优方向所占的振动能量百分比。 1.1.3传递率最小目标函数 传递率表示扰动力(力矩)传给车体振动成分的大小，传递率的减小表明系统隔振性能的提高。一个设计良好的隔振系统，应尽可能减小系统的振动向外部的传递，从而达到控制振动和