客車動力總成懸置系統減振特性與優化研究

許 菁（武漢城市職業學院，湖北 武漢 430064）

客車動力總成懸置系統減振特性與優化研究

許 菁
（武漢城市職業學院，湖北 武漢 430064）

文章通過測量混合動力公交車動力總成的模型參數，在ADAMS軟件中建立6自由度懸置系統振動模型，并對模型進行頻域的仿真分析，得到懸置系統的固有特性及減振特性，并從系統固有頻率配置及振動解耦角度分析該懸置系統的振動特性。由于受整車布置的影響，本文以懸置的剛度參數和發動機前懸置的安裝角度為設計變量，以能量解耦為優化目標進行優化設計。

動力總成懸置系統；ADAMS；能量解耦；優化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.012

CLC NO.: U461.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-30-03

前言

隨著社會的進步和技術的發展，人們對汽車乘坐舒適性的要求不斷提高，振動噪聲水平已成為衡量汽車性能好壞的重要標準。汽車動力總成懸置系統是汽車振動系統的一個重要子系統，對改善汽車平順性和降低汽車噪聲有很大影響，合理的汽車動力總成懸置系統的設計可以明顯降低汽車動力總成和車體的振動。

1、建立動力總成懸置系統模型及其仿真性能分析

1.1動力總成系統模型的建立

本文根據試驗車輛配置的動力總成懸置系統，利用ADAMS/View模塊對動力總成懸置系統進行三維模型的建立，并將動力總成系統進行簡化，忽略了其原有的一部分零部件，本文研究的動力總成是由6個橡膠懸置元件與車架相連的，將6個橡膠懸置由ADAMS/View中的Bushing（軸套）代替。動力總成懸置系統的動力學模型以發動機連接皮帶輪的端面與曲軸中心線交點為坐標原點，豎直向上的方向定為Z軸的正向，由齒輪箱到發動機端面定為X軸的方向。

2、動力總成懸置系統頻域的仿真

2.1動力總成懸置系統各模態下的固有頻率分析

用Adams/Vibration模塊中的振動分析，對其靜態6階固有模態進行了計算，結果如表1所示。從表中可知，系統的最高階模態頻率為 24.7333Hz，頻域仿真主要針對怠速工況（n=750r/min）、額定工況（2500r/min）和最大扭矩工況（1500r/min）。其振源激勵頻率和側傾力矩的大小可由頻率計算公式獲得，其計算公式為：

式中，n為發動機轉速，r/min；i為發動機缸數；z為沖程系數，2沖程的為1，4沖程的為2。

圖1　ADAMS中建立的動力總成動力學模型

因此，當發動機怠速工況為n=600r/min時，其激振頻率約為30Hz，由隔振理論可知，系統的固有頻率應低于激振頻率的1/倍，則動力總成懸置系統的最高階固有頻率應低于30Hz的1/倍，即21.213Hz，但6階固有頻率24.7333Hz ＞21.213Hz，因此動力總成系統在轉速為n=600r/min的怠速工況下不具有良好的隔振性能。

表1　動力總成懸置系統的6階固有模態及解耦率

表1展示了動力總成懸置系統能量的分布情況，第3階模態、第5階模態中沿Z軸平動方向與繞Y軸轉動方向極易發生耦合，因此需要對動力總成懸置系統進行解耦設計，希望系統沿Z軸平動方向、繞X軸轉動方向的解耦能達到90%以上，但由仿真計算可知，系統沿Z軸平動為主要振型的第3階解耦率低于80%，極大影響系統的隔振性能，降低車內的舒適性，應對其進行優化設計。

3、動力總成懸置系統的優化

3.1目標函數

本文優化的目標是發動機產生振動的2個主要方向，使垂直方向（坐標系Z軸方向）和繞曲軸方向（X軸方向）的解耦達到較大值（90%以上），并將系統各階固有頻率的取值范圍作為約束，對懸置系統進行深入優化。

3.2設計變量

由于受到安裝空間的限制，在實際優化過程中往往都是采用原有的懸置布置方案，并不改變懸置元件的支承位置和角度。因此，本文將懸置元件3個主方向的剛度以及發動機左右前懸置的安裝角度作為設計變量進行優化設計。懸置元件剛度的優化的變化范圍取±60%，懸置安裝角度的變化范圍為30°～60°。

3.3約束條件

3.3.1懸置系統固有頻率的約束條件

懸置系統的最高固有頻率上限應為 20Hz，另外垂直方向的固有頻率應避開4～8Hz的人體敏感頻率范圍，綜合考慮懸置系統固有頻率的下限應為5Hz。

表2　模態頻率約束范圍

3.3.2動力總成系統沿X軸、Y軸振動位移及轉角約束

動力總成懸置系統在實際工作過程中，其質心位移變化不易過大，一般要求動力總成懸置系統質心沿坐標系Y軸方向的位移不超過 1mm，沿 X軸方向的位移不超過 3mm，沿Z軸正方向的位移小于10mm，沿Z軸負方向的位移小于20mm，轉角為不大于3°。

4、優化結果分析

表3　優化后懸置各方向的剛度值（N/mm）

運用設計評價（Design Evaluation）中的優化計算（Optim ization），對懸置系統進行優化。經過多次計算及調整得到優化后的懸置參數：安裝角度從原有的 45°變為優化后的30°，6個懸置3個方向的優化前后剛度如表3所示。

表4　優化后動力總成懸置系統的6階固有模態及解耦率

優化后的動力總成懸置系統的6階固有模態及解耦率如表4所示，與優化前的數據相比，優化后的懸置系統最小頻率值為5.2853Hz，大于固有頻率最低下限5Hz。懸置系統的最高階固有頻率，即繞曲軸方向轉動的固有頻率從原先的24.7333Hz降低至 20.2609Hz，遠離發動機最低怠速工況（n=600r/min）激振頻率的1/倍21.213Hz，不易發生共振現象。從整體來看，各階固有頻率之間的最小間隔為0.7Hz，可以避免各階模態之間發生共振。從懸置系統的各模態的解耦情況來看，優化后的懸置系統在Z軸方向與θy方向的解耦分別達到90.86%和97.33%，與優化前相比分別提高了28.21% 和39.7%；其余幾個方向的解耦率均達到了90%，因此整體來看該懸置系統基本實現解耦，達到了解耦優化的目標。

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Study on the Vibration Attenuation Characteristic and Optimization of Bus Powertrain Mounting System

Xu Jing
( Wuhan city vocational college, Hubei Wuhan 430064 )

The paper according to the test, the hybrid electric bus power-train parameters were test . Then a six degree of freedom model of the mount system is built up by using ADAMS. And based on the model, the vibration attenuation performance of the powertrain mounting system was simulated under the idle speed condition in frequency domain .Vibration characteristics including natural frequencies and decouple rates are analyzed then. Because of the influence of the whole vehicle arrangement, this paper takes the stiffness parameters of the mount components and the installed angle of engine front mounting were optimized design variables，takes the energy decoupling of the powertrain mounting system as the optimizing goal.

powertrain mounting system; ADAMS; energy decoupling; optimization

U461.4

A

1671-7988（2015）12-30-03

許菁，就職于武漢城市職業學院。