【正文】 ces in vehicle, which may affects the fort of the passengers apparently. The vibration of vehicle body and powertrain can be reduced in evidence if the powertrain mount system designed appropriately. Moreover, it is not only improve the fortability, but also prolong the durability of ponents in vehicle. In this dissertation, a certain vehicle powertrain mounting system has been studied and optimized using MATLB and dynamic analysis software ADAMS. The most content are as follows: 1. Based on a large number of references, the research status of powertrain mount ponents and mount system optimization is illustrated systematically. At the same time, the theory and methods of mount system design are discussed. 2. A number of test data and technical references about the powertrain mount system are obtained for the further research. 3. According to the optimization design theory of powertrain mount system, this dissertation edits the puting program using MATLAB, the M file, for analyzi ng the relationship of engine’s natural frequency and the mount location. 4. A six degree of freedom model of the powertrain mounting system is built in ADAMS based on the test parameters. The simulation results of this model is coincident with the calculation results in MATLAB program, which means that both of the ADAMS model and the M file are correct. 5. The dissertation carries out the optimization of the powertrain mount system using MATLAB file, and the results show that the optimization process is valuable and creditable. Key words: engine mount system。 vibration analysis。 energy decoupling。 optimization 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 6 1 緒 論 本文 研究目的及 意義 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的行駛平順性、乘坐舒適性的要求越來越高。然而在汽車的行駛過程中，因路面不平、氣缸內(nèi)燃?xì)獗▔毫?、運(yùn)動(dòng)件的不平衡慣性力周期性的變化都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)系統(tǒng)和曲軸系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，所以其懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車體的傳遞以及路面的不平對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。本文以發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討其在參數(shù)改變時(shí)的振動(dòng)規(guī)律，在理論和實(shí)際上都有 很大的意義 。 汽車的振源主要來自于兩個(gè)方面 :發(fā)動(dòng)機(jī)和路面。而發(fā)動(dòng)機(jī)作為一個(gè)主要振源，其產(chǎn)生的振動(dòng)是由動(dòng)力總成 (主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及變 速器等 )經(jīng)懸置系統(tǒng)傳遞給車身，從而引起車身的振動(dòng)，并通過車廂壁板的振動(dòng)產(chǎn)生輻射噪聲。所以，最大限度地減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車身傳遞是汽車減振降噪的關(guān)鍵，而動(dòng)力總成的懸置系統(tǒng)作為振動(dòng)傳遞途徑的一個(gè)重要元件，對(duì)于汽車隔振來說也是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī) 動(dòng)力 總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成與車架或車身的彈性連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向車體的傳遞，影響整車的 NVH(Noise, Vibration and Harshness)指標(biāo)。 發(fā)動(dòng)機(jī) 懸置設(shè)計(jì)的目的是為了隔離發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)向車體的傳遞，降低路面激勵(lì)對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，前者稱為主動(dòng)隔振， 后者稱為被動(dòng)隔振 。合理選取懸置系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和懸置橡膠的參數(shù)，盡可能減小發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)整車振動(dòng)的影響，這對(duì)于降低整車振動(dòng)，提高車輛的綜合指標(biāo)是極其重要的。 國內(nèi)外 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的研究 現(xiàn)狀 懸置的基本功能是支承、限位和隔振。支承就是要承受整個(gè) 發(fā)動(dòng)機(jī) 動(dòng)力總成的靜質(zhì)量，避免因產(chǎn)生過大的靜變形而影響安裝定位。限位就是防止發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生過大位移而與周圍的部件發(fā)生擦撞。隔振就是重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 7 衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)向車體的傳遞，改善汽車的振動(dòng)、噪聲和舒適性。支承和限位的功能要求懸置剛度足夠大，隔振的功能則要求懸置剛度適度小，這兩者之間存在矛盾，需要折中考慮。 隔振是汽車 發(fā)動(dòng)機(jī) 懸置設(shè)計(jì)的主要目的。懸置系統(tǒng)要隔離的激振力的頻率范圍較寬，路面激勵(lì)的頻率集中在 2～ 3Hz 低頻范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的擾動(dòng)力頻率在亞音頻 (3～ 20Hz)到音頻 (20～ 1000Hz)這一頻率范圍內(nèi)，這同汽車較寬的行駛速度范圍是相對(duì)應(yīng)的。同時(shí)懸置系統(tǒng)面臨的任務(wù)是要緩沖汽車處于啟動(dòng)、怠速、加速、 減速、轉(zhuǎn)彎、剎車、制動(dòng)、換檔等非穩(wěn)態(tài)工況下受到的沖擊載荷的作用 。汽車復(fù)雜而多變的行駛工況，使懸置系統(tǒng)在整個(gè)工作范圍內(nèi)都起到良好的隔振作用成為一件十分困難的事情。要滿足上面這些要求，理想的懸置必須滿足低頻高剛度大阻尼，高頻低剛度小阻尼的特性。 總的來說，汽車懸置設(shè)計(jì)是一件非常復(fù)雜的工作。自從汽車懸置設(shè)計(jì)被重視之日起，廣大技術(shù)工作者就為解決各種矛盾，實(shí)現(xiàn)懸置系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì)而不懈努力著。 國外 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的研究概況 汽車誕生之初，動(dòng)力總成是直接用螺栓等剛性地固定在車架上，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲直接傳遞到車體，造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和支架很容易損壞，乘車舒適性也很差。隨著對(duì)汽車舒適性要求的提高，人們在 1920 年開始用橡膠件來連接動(dòng)力總成和車架，橡膠件良好的減振隔振特性，減少了動(dòng)力總成和車體之間的振動(dòng)傳遞。 早在 1939 年， Illife 就提出了懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本原則 20 世紀(jì) 50年代，但比較為人熟知的是 Horison 和 Horovitz 提出的六自由度解耦理論和計(jì)算方法，他們將汽車動(dòng)力總成和車架都視 為剛體，將減振橡膠塊視為純彈簧，利用動(dòng)力總成慣性主軸特性和撞擊中心理論闡述了如何調(diào)整橡膠懸置的安裝位置和懸置剛度，使動(dòng)力總成的前后懸置的振動(dòng)相互獨(dú)立，然后分別按單自由度線性振動(dòng)系統(tǒng)處理，他們認(rèn)為系統(tǒng)垂直方向固有頻率和繞曲軸方向的固有頻率應(yīng)小于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)相應(yīng)擾動(dòng)頻率的三分之一，這樣重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 8 可以獲得較好的減振效果。他們的研究成果是最早的較成熟的懸置設(shè)計(jì)理論 [1]。 最近三十年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和更有效的振動(dòng)分析方法的應(yīng)用，使懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究、仿真分析的開展更為方便快捷。 1979 年， Johnson 首次將優(yōu)化技術(shù) 應(yīng)用于懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，他以合理配置系統(tǒng)固有頻率和實(shí)現(xiàn)各自由度之間的振動(dòng)解耦為目標(biāo)函數(shù)，以懸置剛度和懸置安裝位置為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，結(jié)果使系統(tǒng)各平動(dòng)自由度之間的振動(dòng)耦合大為減少，且保證了系統(tǒng)六階固有頻率在所期望的范圍內(nèi)。 1982年， 以限制空間、懸置位置、剛度、固有頻率和振動(dòng)解耦等方面來考慮懸置的減振隔振性能，對(duì)傳統(tǒng)的 FR 式懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面總結(jié)。1987 年， 和 對(duì)怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的振動(dòng)進(jìn)行深入研究，并得出優(yōu)化懸置位置的效果好于優(yōu)化懸置剛度，車身彎曲共振頻 率應(yīng)高于怠速頻率，動(dòng)力總成的共振頻率應(yīng)小與 倍的怠速頻率的結(jié)論。 國外學(xué)者和廠家在優(yōu)化動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的位置和剛度的同時(shí)，對(duì)懸置本身的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性也做了大量的研究工作。 圖 11 動(dòng)力總成懸置的理想特性曲線 理想的動(dòng)力總成懸置為了有效衰減因路面和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速燃?xì)鈮毫Σ痪鶆蛞鸬牡皖l大振幅振動(dòng)，應(yīng)具有低頻大阻尼高剛度特性；為降低車內(nèi)噪聲，提高操縱穩(wěn)定性，應(yīng)具有高頻小阻尼低剛度特性。如圖 11 所示為理想的動(dòng)力總成懸置的特性曲線與橡膠懸置特性對(duì)比。顯然，這些是橡膠懸置無法滿足的。于是，新一代的液壓懸置應(yīng)運(yùn)而生了。 20 世紀(jì) 40 年代， Harding 和 Strachousky 先后提出將液力減振機(jī)構(gòu)與橡膠懸置組成一體思想。之后，外國汽車公司在液壓懸置進(jìn)行了大量研究并投入使用。液壓懸置是傳統(tǒng)橡膠懸置與液力阻尼組成一體的結(jié)構(gòu)，圖 2 為解耦膜式液阻懸置結(jié)構(gòu)簡圖。液壓懸可以具有理想的動(dòng)態(tài)特性 [2]。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 9 圖 12 解耦膜式液壓 懸置結(jié)構(gòu)簡圖 經(jīng)過三十多年的發(fā)展，液壓懸置的設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，已成為動(dòng)力總成懸置未來發(fā)展的必然趨勢。 國內(nèi)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)研究的概況 隨著我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及人們對(duì)汽車乘坐舒適性要求的提高促使了我國汽車科研工作的廣泛深入。國內(nèi)的汽車專業(yè)人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的研究雖然起步較晚，但已取得了大量的成果。 國內(nèi)學(xué)者也對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行了積極的研究工作。 1983 年起，徐石安等人在優(yōu)化問題上以懸置處動(dòng)反力幅值最小為目標(biāo)函數(shù)，適當(dāng)控制系統(tǒng)的固有頻率，取得較好的成果。1985 年，潘旭峰等人結(jié)合某型客車動(dòng)力總成懸置參數(shù)設(shè)計(jì)問題，應(yīng)用模糊集理論，通過移頻、解耦，降低懸置處響應(yīng)力等各種途徑，對(duì)懸置參數(shù)進(jìn)行模糊多目標(biāo)化，得到了較好的綜合效果。之后，上官文斌等人從工程實(shí)用角度出發(fā)，給出了動(dòng)力總成懸置優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，在扭矩軸坐標(biāo)系中建重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 10 立優(yōu)化模型，以系統(tǒng)固有頻率為目標(biāo)函數(shù)，充分考慮到系統(tǒng)解耦、撞擊中心理論應(yīng)用、一階彎曲模態(tài)節(jié)點(diǎn)選取等原則，并以此為約束進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，取得了良好的效果。 1994 年，王立公等人率先在國內(nèi)對(duì)液阻懸置結(jié)構(gòu)發(fā)展進(jìn)行了系統(tǒng)論述，王立公等人率先在國內(nèi)對(duì)液阻懸置結(jié)構(gòu)發(fā)展進(jìn)行了 系統(tǒng)論述。 1999 年，裘新等人建立了某型車動(dòng)力總成的液壓懸置及副車架系統(tǒng)的非線性力學(xué)模型，并進(jìn)行系統(tǒng)固有振動(dòng)特性的模擬計(jì)算，同時(shí)對(duì)液壓懸置和橡膠懸置的隔振特性進(jìn)行了對(duì)比分析，并得到實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果的證實(shí)。 20xx 年，呂振華等人對(duì)國內(nèi)一種轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)液阻懸置建立了集總參數(shù)的力學(xué)和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性仿真，并與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，其研究方法有一定的指導(dǎo)意義。 20xx 年，金永福和王建運(yùn)用 CAD 軟件設(shè)計(jì)了新型的燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力總成橡膠懸置系統(tǒng)， 使橡膠懸置系統(tǒng)應(yīng)用于新能源車輛上。 近些年來，國內(nèi) 一 些 學(xué)者和研究人員通過試驗(yàn)測量得到動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)基本參數(shù)，然后采用 動(dòng)力學(xué)分析軟件 ADAMS 建立具有六自由度的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的三維動(dòng)力學(xué)模型 ,利用參數(shù)化分析方法對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化分析 , 通過對(duì)比分析 ,優(yōu)化后響應(yīng)力振幅以及質(zhì)心加速度響應(yīng)和優(yōu)化前相比均有明顯降低 ,說明參數(shù)化優(yōu)化方法基本是成功的 ,從而有效提高了動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振性能 [3]。 本課題研究的主要內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容如下： 1．通過查找和閱讀大量的相關(guān)文獻(xiàn)， 了解 了國內(nèi)外對(duì)研究動(dòng)力總成懸置元件、懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)狀況。同時(shí) 了解掌握 了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與方法。 2．根據(jù)所確定的研究對(duì)象，收集分析了該發(fā)動(dòng)機(jī)及其懸置系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)資料，為之后的分析做準(zhǔn)備。 3．根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)懸置振動(dòng)分析的動(dòng)力學(xué)模型，然后 利用 MATLAB 編寫該懸重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置振動(dòng)分析及懸置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 11 置系統(tǒng)的 分析 計(jì)算程序，即