基于动力总成-整车耦合系统的动力悬置系统振动性能分析

摘要

汽车动力总成悬置系统的设计与研究经历了一个漫长的发展过程，从最初的纯经验设计，到现在计算机仿真技术与理论体系相结合，其优化设计方法及理论体系日益完善。现今，对于悬置系统的优化分析，基于固定在地面的6自由度刚体模型的优化分析方法已非常成熟，但是基于动力总成和整车匹配模型的优化方法还有很大探索空间。而且对于整车这样复杂的多自由度系统而言，动力总成悬置系统作为其重要组成部分，单独分开来考虑是不合理的，传统的6自由度模型忽略了动力总成和车身、悬架轮胎等之间的耦合振动的影响，并不能很准确地反映动力总成在整车环境下的模态和运动耦合情况。建立完整的包括车身和车轮在内的的整车模型，才能更准确的分析和优化发动机振动对车厢内噪声和振动的影响，从而取得合理的悬置元件的安装位置、安装角度和刚度阻尼等设计参数，设计出合理的悬置系统，降低整车的振动和噪声。因此，本文将建立包括车体及簧下质量在内的13自由度动力总成-整车耦合模型来进行动力总成悬置系统优化设计。主要工作内容有:
　　首先，详细推导了13自由度动力总成悬置系统模型的理论建模过程，利用Matlab和Adams建立了包括车身及车轮在内的13自由度动力悬置-整车系统模型，并通过Adams模型和Matlab模型固有特性计算结果的相互对比及模态试验验证了模型的准确性;
　　其次，针对多自由度模型提出了广义解耦率概念以考虑描述动力总成和车身、车身和车轮之间的能量解耦，不仅反映出单刚体的振动能量分布情况，还能反映出各子系统之间的耦合情况;
　　然后，提出了评价动力悬置系统性能的怠速工况、启停工况以及路面激励工况，对三种工况进行详细的描述，并详细推导动力总成悬置系统强迫振动的理论公式计算过程;
　　最后，采用上述方法对某MPV车型的动力悬置系统进行分析，并采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对多自由度模型悬置刚度进行多目标优化，采用三种工况对优化方案进行评价，最后找出使系统广义解耦率和三种工况的下的振动性能都得到明显提高的方案。将优化方案的结果参数应用于实车，通过噪声试验结果得出，优化后，车内乘员耳边噪声明显下降，表明此分析方法的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 悬置技术的国内外研究发展概况

1．2．1 悬置元件简介

1．2．2 动力总成悬置系统优化设计方法简介

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本章小结

第2章 动力总成悬置系统基本理论研究

2．1 动力总成悬置系统的性能要求

2．2 动力总成悬置系统一般设计方法

2．3 动力总成惯性参数测量

2．3．1 悬线法测量质心位置

2．3．2 三线扭摆法

2．3．3 试验模态分析法

2．4 动力总成激励力分析

2．4．1 单缸发动机的激励

2．4．2 四缸发动机的激励

2．5 本章小结

第3章 动力总成-整车耦合模型数学建模

3．1 单自由度振动系统

3．2 传统6自由度悬置系统数学模型

3．3 动力总成-整车13自由度数学模型

3．3．1 基于矩阵元素匹配的数学模型

3．3．2 基于牛顿第二定律的数学模型

3．4 本章小结

第4章 动力总成悬置系统低频振动分析

4．1 广义解耦率

4．2 振动性能分析理论

4．2．1 怠速抖动

4．2．2 启停振动

4．2．3 路激振动

4．3 计算实例

4．3．1 Matlab建模

4．3．2 Adams建模

4．3．3 模型验证

4．4 本章小结

第5章 动力总成悬置系统多目标优化

5．1 多目标遗传算法NSGA-Ⅱ

5．2 悬置性能优化

5．3 优化结果验证

5．4 试验验证

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢