重型载货汽车动力总成悬置系统匹配分析及实验研究

摘要

车辆NVH性能即噪声、振动和平顺性，是评价汽车设计及制造质量的重要指标之一。随着汽车技术的进步，提高车辆NVH性能水平不仅是乘用车的设计目标，也成为重型载货车的竞争焦点和技术发展方向。动力总成悬置系统是发动机振动和噪声控制的重要组成部分，其设计效果直接影响动力总成和车身或车架之间的振动传递，进而影响整车的NVH性能。动力总成系统作为汽车动力的来源，也是汽车非常重要的子系统之一，其重量在整车上所占比重较大，因此，动力总成的轻量化研究对汽车具有重要的意义。 为适应汽车轻量化技术发展的需求，有效解决已有车型动力总成轻量化带来整车NVH性能恶化问题，设计隔振性能好的动力总成悬置系统已成为改善整车NVH性能的重要课题和迫切需求。本文针对某重型载货车动力总成使用铝壳变速箱代替铸铁壳变速箱后，出现整车抖动和驾驶室内噪声异常问题，基于动力总成悬置系统匹配要求，采用整车道路测试和仿真分析相结合的方式开展了相关研究工作，主要包括以下几个方面： （1）基于拉格朗日原理，建立了考虑驾驶室在内的重型载货汽车 16自由度整车动力总成悬置系统多体动力学理论模型；研究了驾驶室对动力总成悬置系统频率的影响，发现考虑驾驶室后动力总成悬置系统的模态频率会增加；结合工程实践，给出了适合重型载货车的频率匹配、隔振率及传递率、能量解耦等悬置系统评价指标。 （2）针对现有车型动力总成轻量化后出现的整车抖动问题，进行了实验模态测试和整车试验测试，研究发现，悬置系统绕 X 轴的固有频率和后悬置点传递率均不满足目标要求，需要重新设计较小刚度的橡胶悬置元件并对悬置系统进行再次匹配。 （3）基于动态子结构模态综合方法，建立了考虑弹性车架的整车刚柔耦合多体动力学模型。利用仿真模型对整车进行了模态分析和动态响应分析，分析表明，原有的动力总成悬置系统模态频率分布不合理，绕 X 轴的频率不满足目标要求，部分自由度之间存在耦合，后悬置点在低转速区域传递率不满足要求，整车状态下弹性车架约束模态频率与自由状态下模态频率差异较大。 （4）以悬置系统传递率为优化目标，同时考虑弹性车架的约束模态频率，利用遗传算法对悬置系统进行了优化分析，得到了满足悬置系统要求的橡胶悬置元件参数。对优化后的悬置系统进行了模态及动态响应分析，结果表明：悬置系统的模态频率、模态解耦率和传递率均满足目标要求。并对优化后的悬置系统进行了整车道路试验测试，结果显示：优化后的悬置系统在所有工况下的传递率均满足目标要求。 （5）针对变速箱更新后，加速行驶过程中出现的驾驶室内噪声异常问题，在定置扫频工况下进行了整车测试，采用传递路径分析方法对驾驶室内噪声问题进行识别，确认了引起驾驶室内噪声异常的原因主要是发动机悬置系统匹配不合理造成的。在对悬置系统优化后进行整车噪声测试，加速行驶过程中驾驶室内噪声异常消失，其它工况驾驶室内噪声得到了明显改善。

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