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基于DOE敏感性分析的动力总成悬置系统优化

沈云啸;吕兆平;韦宝侣;李宏典

【摘要】以发动机悬置系统能量解耦及模态分布为目标函数,悬置刚度参数为设计

变量,考虑目标函数和约束条件对于悬置刚度参数的灵敏度,构造了多目标优化数学

模型.编制Matlab优化程序,结合ISIGHT软件,采用多岛遗传优化算法对一款发动

机悬置系统的悬置刚度参数进行了优化设计,并用DOE技术进行了敏感性分析,定

位影响主方向模态及能量分布的关键因素,通过刚度调整,达到了设计目标,解决了工

程实际问题.

【期刊名称】《装备制造技术》

【年(卷),期】2015(000)007

【总页数】5页(P116-120)

【关键词】发动机悬置系统;能量解耦法;敏感性;多岛遗传算法;DOE技术

【作者】沈云啸;吕兆平;韦宝侣;李宏典

【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心,广西柳州545007;上汽通

用五菱汽车股份有限公司技术中心,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限

公司技术中心,广西柳州545007;上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心,广西柳

州545007

【正文语种】中文

【中图分类】U463.33

随着人们对整车舒适性要求的提高，振动与噪声与舒适性要求成为汽车设计最重要

的指标之一。道路条件的改善和汽车设计的轻量化，使得发动机成为整车中最大的

噪声源和振源。悬置系统作为动力总成与车架或车身间的弹性连接系统，其系统性

能设计的优劣直接关系到发动机振动向车体的传递，影响整车的噪声、振动与舒适

性(NVH)性能[1]。

在已经确定动力总成基本参数及整车基本参数的前提下，正确匹配悬置的刚度、阻

尼系数以及安装位置，合理设置动力总成各阶模态固有频率，保证悬置系统有较高

的模态解耦程度，可以最大限度地减小由动力总成引起的振动向车体的传递，提高

悬置系统的工作可靠性，改善整车舒适性[2~4]。而悬置的布置往往受到发动机舱

布置的限制，安装位置可能会根据布置的需要进行微调。在设计制造时，悬置的刚

度和阻尼也会在一定范围内发生变化，因此必须考虑悬置位置、刚度、阻尼和隔振

性能的变化，即对悬置系统进行灵敏度分析[5]。近年来，有关于动力总成悬置系

统灵敏度分析的文献报道[6-7]。Qatu计算分析了动力总成悬置系统的频率间隔对

橡胶悬置刚度的灵敏度。Siraf和Change通过仿真实验研究了悬置系统的解耦率

对橡胶悬置刚度、位置和副车架刚度的灵敏度。

本文就悬置系统的匹配进行探讨，对悬置系统的种种约束条件进行详细研究，并利

用Matlab编制了悬置优化程序，通过ISIGHT软件和Matlab软件的集成，利用

ISIGHT软件的全局优化方法——多岛遗传算法进行确定性优化设计；在确定性设

计的基础上，再调用Isight软件中DOE分析模块进行灵敏度性分析，找到了影响

主方向模态及能量分布的关键因素，通过刚度调整来达到设计目标，从而解决工程

实际问题。

1动力总成悬置系统简化模型

考虑到动力总成悬置系统的固有振动频率一般低于30Hz，因此通常将动力总成视

为刚体，同时将各个悬置简化为沿空间3个相互垂直方向（即主刚度方向）上的

弹性阻尼元件，3个方向的刚度分别表示为Kui、Kvi、Kwi。这样，动力总成悬置

系统将构成一个空间六自由度系统，见图1。设动力总成置于相互正交的O点

XYZ坐标系中，其中原点0为静止时动力总成的质心。刚体的运动有6个自由度，

即x、y、z3个方向的移动x（纵向）、Y（横向）、Z（垂向）和绕x、y、z轴的

转角θx（侧倾）、θy（俯仰）、θz（横摆）。

图1动力总成悬置系统动力学模型

其广义坐标为

利用拉格朗日方程和虚功原理可得动力总成悬置系统的振动方程为

式中：[M]为系统质量矩阵，[C]为系统阻尼矩阵，[K]为系统刚度矩阵，F（t）为

激振力，q咬=[x咬,y咬,z咬,θx,θy,θz]T为六个广义加速度列向量。

2悬置系统优化模型的建立

对于动力总成悬置系统来说，通常它的6个固有振型在多个自由度方向上是耦合

的，在某个自由度方向进行激振就会产生耦合振动，这样使得共振频率的范围大大

加宽，增大了共振的机会[8]。模态解耦方法是目前悬置参数设计运用较多的方法

之一，其假设系统微幅振动（阻尼可以不考虑），通过合理配置刚度矩阵来实现系

统的优化。常用的解耦方法有弹性中心法、刚度矩阵解耦法、能量解耦法等。弹性

中心法受到悬置布置位置的限制，