某商用车动力总成悬置系统优化设计研究

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随着经济社会的迅速发展,汽车逐渐进入寻常百姓家中,扩大了人们的生活半径。作为人们生活中不可或缺的交通工具,汽车的乘坐舒适性也越来越受到关注。动力总成作为汽车重要的振源,其悬置系统的隔振性能直接关系到整车NVH(噪声、振动、声振粗糙度)性能,这一性能也是影响乘坐舒适性的重要因素。因此,悬置系统的优化设计对整车减振降噪具有重要意义。通过对某商用车动力总成悬置系统进行常用工况下的隔振性能测试,发现各悬置元件的隔振率均远小于20d B的行业标准。根据厂家提供的悬置力学参数、几何参数以及由试验测量得到的动力总成质量参数,建立了动力总成悬置系统多体动力学模型,通过对比实测加速度验证其正确性。借助模型分析发现原悬置系统固有频率分布过于密集,且能量耦合较为严重。然后基于6σ品质设计和蒙特卡罗模拟方法,以四个悬置的三向刚度为优化变量,固有频率的合理分布为约束条件,解耦率和系统垂向力传递率均值为优化目标,采用Pointer算法对原动力总成悬置系统进行优化。在此基础上,考虑到误差对悬置系统设计性能的影响,再通过蒙特卡罗仿真对优化结果进行稳健性分析。随后为了验证优化效果,在动力总成悬置系统多体动力学模型中通过强迫振动分析获取到优化前后各悬置垂向动反力的频率响应函数以及动力总成质心处垂向加速度的频率响应函数进行对比分析。最后,参照企业标准进一步设计各悬置元件的非线性刚度曲线,并将该曲线导入动力总成悬置系统多体动力学模型中进行位移校核。优化后悬置系统各阶固有频率分布合理,均满足隔振理论的要求。各向解耦率得到较大提升,悬置系统最低解耦率由优化前的68.1%提升至优化后的81.1%,受激振力最大的垂直方向的解耦率达到95.1%。即使悬置刚度存在±10%的加工误差,也能确保优化后悬置系统的固有频率和解耦率具备较高可靠性。优化后各悬置垂向动反力以及动力总成质心处垂向加速度下降明显,整车隔振性能得到一定改善。设计的悬置非线性刚度能够将动力总成质心位移控制在合理的范围之内。
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