汽车发动机悬置系统动态优化设计研究

摘要

对汽车的振动噪声问题的研究，一般是结合汽车乘客的主观感受进行分析，形成汽车的NVH问题，即Noise(噪声)、Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度)。汽车NVH不仅是车辆动态特性的直接表现，与车辆动态性能(运动、操纵、强度、寿命、可靠性等)也直接相关，是衡量汽车制造质量的一个综合性技术指标。从NVH角度出发，掌握整车振动噪声性能优化技术，是车辆正向设计技术的核心竞争力之一，也是现有车型振动噪声性能改进的重要关键内容。
　　 发动机悬置系统是汽车的主要振源之一，为了减小发动机悬置系统的振动对乘坐舒适性的影响，本文在综合国内外研究状况的前提下，根据课题的实际背景，进行了如下研究工作：
　　 (1)通过对单缸发动机、多缸发动机的激励分析，找出发动机振动的自身激励源。对发动机橡胶悬置的特性进行分析，建立了发动机悬置系统的数学模型，并介绍了发动机悬置系统中位置参数、惯性参数、刚度参数的获取方法。
　　 (2)根据数学模型利用MATLAB软件编制程序计算了发动机悬置系统的前六阶固有频率、各固有频率所对应的特征向量及能量分布百分比。利用PRO/E建立了发动机体的有限元模型，利用PATRAN软件对模型进行了前处理，用NASTRAN软件对模型的固有频率及模态阵型进行求解，获得系统的前六阶模态频率和模态阵型，将该结果与MATLAB计算所得的结果进行对比，并进行了详细的分析。
　　 (3)分析了动力总成悬置系统的一些设计准则，探讨了汽车动力总成悬置系统设计的理论和方法。对常用的发动机悬置系统优化设计方法进行了对比，针对试验车型的各项参数，确定了各阶模态频率、刚度、悬置位置的约束条件，从积极隔振的角度出发，以系统的振动传递率最小为目标函数，利用数学规划法对试验车型动力总成悬置系统进行了优化，并对优化结果进行了分析。
　　 本文通过对发动机悬置系统的动态优化设计，改善了汽车的平顺性，证明了该优化方法的正确性和合理性，对汽车发动机悬置系统的改进提供了依据。可以提高汽车生产厂家的设计成功率，缩短开发周期，具有一定的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外相关领域研究的现状和方法

1.2.1 发动机悬置系统的主要作用

1.2.2 发动机悬置系统的种类

1.2.3 发动机悬置系统隔振的研究方法

1.3 本课题主要完成的工作

第2章 发动机隔振原理

2.1 单自由度模型的发动机隔振原理

2.2 单缸发动机的激励力

2.2.1 击振力源

2.2.2 活塞曲柄连杆机构惯性力

2.3 多缸发动机的激励分析

2.4 发动机的激励频率

2.5 隔振设计的一般步骤

2.6 本章小结

第3章 发动机悬置系统动力学模型建立

3.1 发动机质量、质心及惯性参数的获取方法

3.2 发动机悬置系统刚度特性参数的获取

3.2.1 常见的发动机悬置系统布置方式

3.2.2 橡胶减振块的机构形式及功能

3.2.3 橡胶悬置的刚度特性

3.2.4 橡胶悬置的力学模型

3.2.5 橡胶悬置刚度的求解方法

3.3 试验车型发动机悬置系统动力学模型的建立

3.4 本章小结

第4章 悬置系统固有特性的计算及分析

4.1 发动机悬置系统固有特性计算

4.2 发动机悬置系统在怠速工况下的响应分析

4.3 悬置系统模态的MATLAB求解

4.3.1 MATLAB软件介绍

4.3.2 程序流程及模态求解

4.4 系统模态的有限元求解

4.4.1 有限元法与PATRAN/NASTRAN

4.4.2 动力总成刚体的几何模型

4.4.3 发动机悬置系统的有限元模型

4.4.4 动力总成悬置系统的固有特性求解

4.5 动力总成悬置系统固有特性分析

4.6 本章小结

第5章 发动机悬置系统的优化设计

5.1 悬置系统的设计要求

5.1.1 对悬置元件本身动态特性的要求

5.1.2 悬置系统布置方案

5.1.3 悬置系统模态配置

5.2 试验车型动力总成悬置的优化设计

5.2.1 目标函数的选择

5.2.2 设计变量

5.2.3 约束条件

5.2.4 优化分析方法

5.2.5 优化结果

5.3 优化前后隔振效果的比较

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢