汽车排气系统振动控制设计方法的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:magutosh
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排气系统是车辆的重要组成部分,负责排气降噪和尾气净化。排气系统通过吊耳与车身相连,在发动机扭矩激励下,排气系统会出现较大振动,并直接传递给车身。随着人们对汽车高动力性和低噪声性能的追求,发动机动态激励越来越大,相应的排气系统重量也日趋加大,由此引起的排气系统振动控制问题受到关注。对排气系统进行振动控制,关键是降低吊耳传递给车身的动态载荷。若过大的吊耳动态载荷作用在车身上,首先会恶化车辆乘坐舒适性,其次会降低排气系统各组件及吊耳的疲劳寿命。由于排气系统本身结构比较复杂,包含非线性的弹性悬挂件和复杂的消声器,对其不宜采用传统的振动理论研究其动力学特性,而需要借助更有效的建模和分析方法。   本文以某车型排气系统吊耳的设计为依托,以排气系统振动控制作为研究对象,基于壳单元法建立了排气系统有限元模型。文中测试了排气系统各组件的动静态参数和安装姿态,以这些参数作为输入条件,提出了相关组件的简化方法,最终给出了排气系统的振动控制模型。排气系统振动控制模型中引入了动力总成悬置系统,考虑了排气系统与车身之间的边界约束条件,因此模型能够真实的反映排气系统的动力学特性。   为了检验排气系统振动控制模型的准确性,本文利用模态实验法识别了排气系统的主要阶模态参数(固有频率和振型),以Lanczons法计算了振动控制模型的主要阶模态参数,并将测试值与计算值进行了对比分析。测试值和计算值的吻合验证了建模的准确性,说明了基于壳单元法建模的可行性。   最后,以吊耳传递动态载荷最小、吊耳的静变形量限制在一定范围内为设计目标,建立了排气系统吊耳动刚度的优化模型。综合采用实验设计(DOE)和多岛遗传优化算法,以MSC.Nastran和Isight作为优化工具,对某车型排气系统吊耳的动刚度进行了设计优化。以优化刚度为依据,制作了两种结构的吊耳样件,并进行了装车实验。   以驾驶员脚底板处车身振动加速度为评价指标,测试了车内振动响应。数据显示:安装优化后的吊耳,在怠速工况下,驾驶员脚底板处车身2阶振动加速度峰值明显降低;在2档全负荷升速工况下,在1000rpm~3900rpm转速区间内,后排乘客脚底板处车身振动加速度有所改善。测试结果表明:本文阐述的吊耳设计方法实用可靠,建立的设计流程可有效解决排气系统振动控制问题,能够为进排气系统工程师提供技术指导。
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