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某商用车动力总成悬置设计与优化研究

韩景峰  
【摘要】:汽车的动力总成悬置系统对汽车的乘坐舒适性具有至关重要的影响,匹配良好的悬置系统能够有效衰减发动机振动向车身的传递。本文从动力总成橡胶悬置的有限元建模与分析入手,详细讨论了动力总成悬置系统的优化,悬置元件的计算与仿真,以及测试悬置系统隔振性能的相关试验等。详细研究并提出了商用车动力总成悬置设计流程与优化方法。 全文共分为五章: 第1章,详细查阅了国内外相关文献资料,系统总结了动力总成悬置的发展概况,动力总成悬置元件的研究方法和现状,以及动力总成悬置系统优化设计的发展概况。阐述了本文研究的主要内容和意义。 第2章,首先对有限元方法进行了详细介绍,包括其基本过程和前后处理的概念等。简单介绍了非线性有限元软件ABAQUS。详细介绍了橡胶材料的非线性有限元方法,包括橡胶材料的超弹性本构模型等。以橡胶材料有限元为理论基础,对橡胶材料进行了参数识别的材料试验,根据所识别的参数,最终建立了橡胶悬置的有限元模型,并且分析计算了悬置的三向刚度。为了验证仿真结果的准确性,对悬置样件进行了刚度试验,通过仿真结果和试验结果在静、动刚度的对比分析,证明了所建立的橡胶悬置有限元模型是正确的。通过对悬置元件的研究,为悬置系统的进一步优化设计打下了基础。 第3章,阐述了动力总成悬置系统的优化方法,并且选用惩罚函数法作为悬置系统优化的基本理论。通过试验方法进行了动力总成的参数识别,测试了动力总成的质量,质心位置及转动惯量等参数,为悬置系统优化提供了参数支持。经过悬置系统优化,提出了两种后悬置改进方案。利用对悬置元件的研究成果,用有限元法设计了两种方案的悬置样件。为了验证优化方案效果,试制样件并装车进行了动力总成悬置系统模态试验,试验结果表明,优化后的两种方案都能满足动力总成悬置系统的模态要求。对动力总成关键点的位移与振动加速度进行了试验测试,结果表明,无论是动力总成关键点的振动位移还是悬置点上下位置的振动加速度,优化后的两种方案都优于原悬置。试验结果表明,动力总成悬置系统的优化起到了良好的作用,优化所得的两个方案都取得了比原悬置更好的隔振效果,在不同试验项目中两种方案各有优劣,相差不明显。 第4章,对装备三种悬置方案的样车进行了整车道路试验。试验类型包括怠速试验与加速试验,通过试验结果分析,怠速时悬置优化后的车架侧振动较小,原悬置方案的振动最大。急加速过程中,后悬置车架侧的振动同样是悬置优化后相对较小,原悬置方案最大。而且根据悬置系统优化所提出的两种方案各有优劣,但都总体优于原悬置。道路试验过程中发现后悬置车架侧有200Hz附近的共振,因此,对悬置支架进行了有限元计算与优化,提出了改进方案并进行了道路试验验证,结果表明200Hz附近的共振带消失,悬置支架的改进是有效的。 第5章,对本文的研究成果进行了详细的总结,进一步明确了动力总成悬置设计与优化理论和方法,对本文进一步研究工作进行了展望。


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