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汽车发动机液阻悬置动态特性与参数辨识研究

李堑  
【摘要】: 汽车发动机动力总成悬置系统是汽车动力总成与车架之间的弹性连接装置,是发动机及整车减振降噪的重要组成部分,对整车的振动、噪声和声振粗糙度NVH(Noise, Vibration and Harshness)性能有着重要的影响。液阻悬置是目前汽车发动机悬置系统中广泛采用的隔振元件之一,其减振特性的研究是汽车发动机隔振的主要研究方向。我国在液阻悬置的自主研发、设计及制造等方面至今尚处于起步阶段,大多国内汽车上采用的悬置结构相对简单,致使其性能也不理想。随着对汽车舒适性要求的不断提高、整车轻量化以及直列四缸发动机等自平衡性较差的发动机的广泛应用,液阻悬置减振机理、新型结构液阻悬置的研发、参数辨识与动态特性优化等方面研究的需求也日益迫切。 本文以惯性通道活动解耦盘式液阻悬置为研究对象,开展该结构液阻悬置振动特性的建模方法、参数辨识、动态特性分析与参数优化等内容的研究。以此揭示该型液阻悬置的减振机理、液阻悬置参数及主要元件对其动态特性的影响规律以及液阻悬置动态特性的多目标优化方法,以期为同行业产品开发、结构改进和性能优化等工作提供有价值的参考。主要研究内容如下: 1、研究液阻悬置振动的建模方法。在对惯性通道活动解耦盘式液阻悬置的结构和工作原理进行分析的基础上,以动刚度和阻尼系数作为液阻悬置动态特性评价的指标,建立液阻悬置在低频大振幅与高频小振幅两种激励下的集总参数模型。建立液阻悬置动态特征点与集总参数之间的关系。分析悬置内部液体在相关组件内流动的非线性,研究考虑惯性通道和解耦器内液体流动非线性的液阻悬置非线性模型。 2、探讨液阻悬置集总参数模型中集总参数的辨识方法。本文在分析液阻悬置动态特性特征点和集总参数之间关系的基础上,提出了一种基于液阻悬置动态特性特征点的集总参数辨识新方法。该方法首先通过试验得出液阻悬置动态特性的特征点,然后通过建立的动态特性特征点与集总参数之间的关系求解得出集总参数的值,该方法试验过程简单、计算量小。为检验基于液阻悬置动态特性特征点的参数辨识方法的有效性,本文还采用基于液固耦合的有限元方法对液阻悬置参数进行了辨识。利用辨识得到的结果仿真得到液阻悬置的动态特性曲线,观察仿真曲线与液阻悬置动态特性实测曲线的吻合程度。结果表明:两种辨识方法得到的动态特性仿真曲线均与动态特性实测曲线有较好的吻合度,说明所建立的集总参数模型和提出的集总参数辨识方法能较好的描述惯性通道活动解耦盘式液阻悬置的动态特性;基于液阻悬置动态特性特征点的参数辨识方法得到的动态特性仿真曲线能更好的趋近动态特性实测曲线,说明该方法辨识得到的结果具有更高的精度。 3、研究液阻悬置动力学特性的特点与规律。对橡胶悬置和液阻悬置的动态特性进行试验,分析比较两者动态特性的特点,得出液阻悬置减振特性的优越性。设计了分析液阻悬置参数对其动态特性影响规律的试验方案,并从理论和试验两个方面分析得出了液阻悬置参数(包括橡胶主簧动刚度和阻尼、橡胶主簧等效活塞面积、上液室体积刚度、惯性通道长度和横截面积、液体流经惯性通道和解耦器的惯性系数和阻尼系数、橡胶主簧橡胶材料的硬度以及解耦器节流孔间隙半宽)对其动态特性的影响规律。 4、探讨液阻悬置动态特性的多目标优化方法。以橡胶主簧动刚度与阻尼、上液室体积刚度、惯性通道长度与横截面积、解耦器内液体流动的惯性系数与阻尼系数为设计参数,以液阻悬置动刚度和阻尼系数的峰值、动刚度和阻尼系数的峰值频率以及频率趋近于无限大( f→∞)时动刚度和阻尼系数的稳定值为优化目标,建立了液阻悬置动态性能多目标参数优化的数学模型。采用结合模糊罚函数的Pareto遗传算法对液阻悬置多目标优化模型进行了求解,优化解的目标函数值显著减小。应用基于液固耦合的有限元方法将优化得到的液阻悬置物理参数转化为液阻悬置的结构参数和材料参数,得到的参数可以直接对生产进行指导,试制的液阻悬置样件相较原设计能更好的满足发动机悬置系统的减振要求,具有较好的减振性能。


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