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汽车动力总成悬置系统隔振分析与优化研究

时培成  
【摘要】: 发动机是汽车的主要振动激励源之一,对汽车的乘坐舒适性和NVH(Noise,Vibration and Harshness,简称NVH)特性有很大的影响。汽车NVH性能是衡量汽车品质的一个综合性重要指标,是汽车精品化过程中必须解决的关键问题。设计合理的汽车动力总成悬置系统可以明显地降低汽车动力总成和车体的振动。这样不但可以改善汽车的乘坐舒适性,而且还可以延长发动机与其它部件的使用寿命。本文以某国产轿车为研究对象,对其动力总成悬置系统隔振性能进行了分析研究。主要的研究工作包括以下几个方面: 首先,讨论了国内外对动力总成悬置元件、悬置系统优化设计方面的研究与进展;分析了汽车动力总成悬置系统设计的理论与方法;确定了系统所受的广义激振力,并运用拉格朗日方程,详细推导了6自由度动力总成悬置系统的动力学方程;采用机械与液压混合列平衡方程的方法,分别建立了橡胶悬置和液压悬置的非线性数学模型,基于“嵌入式”集成仿真技术,仿真分析了多种工况下采用不同悬置元件时悬置系统的振动特性,并结合试验对仿真结果进行了分析、对比。 其次,从系统固有频率配置及振动解耦角度分析了悬置系统的振动特性;根据实际条件,以提高系统振动解耦率为目标,分别应用机械系统优化算法和基于灵敏度分析的优化算法对动力总成悬置系统隔振性能进行了优化设计,并采用蒙特卡罗方法分析比较了优化前后系统的固有特性、稳健性,结果表明:优化有效提高了系统固有频率配置合理性和系统振动解耦率,使系统的隔振特性有了较大提升,改善了系统的稳定性、可靠性;证明了论文所运用的蒙特卡罗稳健性分析和参数灵敏度分析方法对悬置系统的优化设计都具有一定的指导意义,有较大的工程应用价值。 最后,建立了包含动力总成-整车环境的多体系统动力学模型,分析比较了整车模型条件下动力总成在主要激振方向上固有频率的差异。基于整车模型的仿真研究,讨论了悬置系统的振动传递率,结果表明:参数优化后的悬置系统能减小振动传递率,进一步验证了优化结果的正确性和可信性,所建立的整车模型可以作为验证悬置系统优化设计结果的一种手段,并为后继研究整车系统的NVH特性奠定基础。


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