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重型车辆动力总成振动试验分析与优化研究

胡健;董慧芳

【摘要】某重型车辆在发动机转速为1900r/min行驶时,动力总成出现异常振动

现象,为了找出其原因进行了试验,并在Adams中建立动力总成悬置系统的动力学

模型,计算该车辆悬置系统的六阶固有频率,通过分析得出动力总成异常振动的原因

是悬置系统的一阶固有频率和变速箱辅助支承在Y向上的振动峰值频率(8Hz)相近,

容易产生共振.进一步地,以发动机前悬置安装角度和变速箱辅助支承的三向静刚度

为设计变量,以固有频率合理匹配和能量解耦率为目标函数,对悬置系统进行优化.最

后通过实车试验验证优化后的动力总成主振动方向上振动加速度明显降低.

【期刊名称】《巢湖学院学报》

【年(卷),期】2017(019)003

【总页数】6页(P77-82)

【关键词】动力总成悬置系统;峰值频率;共振;优化

【作者】胡健;董慧芳

【作者单位】巢湖学院,安徽巢湖238000;巢湖学院,安徽巢湖238000

【正文语种】中文

【中图分类】TK406;TP16

重型车辆在行驶的过程中，引起车辆振动的振动源主要有两个，一个是来自行驶路

面的随机激励，另一个是发动机在工作过程中产生的激励力[1]。车辆振动过大，

不仅会影响到车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性，更为严重的是，有可能造成结构件

疲劳开裂和零部件的损坏等现象，从而影响到车辆行驶的安全性。因此，近几十年

来，国内外研究学者对车辆振动问题进行了大量的研究，提出了很多设计理论和方

法。例如，对动力总成悬置元件的动态特性进行研究和合理设计，使悬置元件的动

态性能达到最优[2-3]；基于振动理论，通过合理匹配动力总成悬置系统的固有频

率，提高悬置系统在各方向上的振动解耦率[4-7]等。

本文针对某重型车辆在发动机转速为1900r/min时出现的动力总成异常振动问题

进行试验和分析，并建立动力总成悬置系统的简化动力学模型，分析悬置系统的固

有频率和各方向上的振动解耦率，对悬置系统的合理性进行了评价，并对悬置系统

进行了优化和试验验证。

1.1动力总成悬置系统布置形式

如图1所示，该动力总成悬置系统采用六点支承布置，且呈对称分布。

其中发动机采用四点支承的形式，发动机前悬置布置于靠近发动机风扇处的缸体左

右两侧下方，前悬置与地面成45°倾角安装并固定在车架上，发动机后悬置布置于

靠近发动机飞轮壳处的左右两侧下方，后悬置与地面平行安装并固定在车架上，同

时变速箱左右辅助支承通过横梁悬吊变速箱，变速箱辅助支承和悬吊横梁与地面平

行安装并固定在车架上。

1.2试验仪器

采用DEWETRON公司的数据采集系统和振动加速度传感器。在发动机前后悬置

上布置了四个振动加速度传感器，在变速箱辅助支承的悬吊横梁中间处布置了一个

振动加速度传感器，对于振动加速度传感器的（X、Y、Z）三个方向定义如下：X

方向为车辆前进方向、Y方向为车辆横摆方向、Z方向为垂直地面的方向。

2.1各悬置点加速度值

对于各悬置测点采集的振动加速度数据，在采集的数据中截取一段较为平稳的数据，

截取时长为1分钟，对截取的数据加Hanning窗后进行低通滤波处理，求得该段

平均加速度均方根值，作为该测点的加速度值。如表1所示。

从上表可以得到，发动机左前悬置处，Y向的加速度值高于X向和Z向，Y向为主

振动方向，即车辆横摆方向；发动机左后悬置处，Z向的加速度值高于X向和Y

向，Z向为主振动方向，即车辆垂直方向；发动机右前悬置处，Y向的加速度值高

于X向和Z向，Y向为主振动方向，即车辆横摆方向；发动机右后悬置处，Z向的

加速度值高于X向和Y向，Z向为主振动方向，即车辆垂直方向；变速箱辅助支

承Y向的加速度值高于X向和Z向，Y向为主振动方向，即车辆横摆方向。

2.2各测点主振动方向频谱分析

对动力总成各测点在主振动方向上的振动信号进行傅里叶变换，得到其频域图，如

图2所示。由图可得，发动机左前悬置在Y向上的振动峰值频率为37Hz，发动

机左后悬置在Z向上的振动峰值频率为28Hz和32Hz，发动机右前悬置在Y向

上的振动峰值频率为28Hz和32Hz，发动机右后悬置在Z向上的振动峰值频率

为28Hz和32Hz，变速箱辅助支承在Y向上的振动峰值频率为8Hz、32Hz和

37Hz。

发动机激振力频率f的计算公式为：

式中：n为发动