【正文】 在著一定 的差異性。 本文通過閱讀大量的文獻， 介紹了 國內(nèi)外懸置系統(tǒng)的研究概況，分析了懸置元件 與懸置系統(tǒng)設(shè)計的一些基本設(shè)計要求和設(shè)計準則。 本學(xué)位論文屬于 不保密 □。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。除文中已注明的引用的內(nèi)容外，不包括任何未加注明的個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的作品成果。 保密 □，在 年解密后適時用于授權(quán)書。通過懸置設(shè)計優(yōu)化提高隔振性能及穩(wěn)健性已越來越受重視。 在解耦率對剛度的靈敏度分析的基礎(chǔ)上，選擇合適的變量，以懸置系統(tǒng)的解耦率為目標函數(shù)，運用罰函數(shù)對目標函數(shù)關(guān)于剛度的靈敏度進行約束，綜合考慮頻率的合理分布，通過遺傳算法對動力總成系統(tǒng)懸置剛度進行優(yōu)化計算。 汽車 懸置 元件作為 發(fā)動機與車身底盤彈性連接的重要部件 ，對動力總成系統(tǒng)的振動特性有著很大的影響。所以沒有動力總成懸置元件這個概念。 隨著四缸發(fā)動機的廣泛應(yīng)用，其強烈的 二階不平衡慣性力加劇了動力總成的振動水平，這對整車乘坐舒適性的影響日益突出。下面是一種比較典型的橡膠懸置及簡圖，如圖 11所示。例如，在汽車遇到加 減 速、制動、轉(zhuǎn)向等非穩(wěn)態(tài)干擾時，對懸置要求有較大的動剛度和阻尼；在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速運行時，又需要懸置具有較低的動剛度。 二十世紀六十年代 ，通用汽車公司的 Rasmussant 提出了液阻懸置的想法，并且申請了第一個液壓懸置專 利。 二十世紀末， 人們 開始了對 半主動懸置和主動懸置的研究 [1][4]。 1994 年，日本尼桑汽車公司在尼桑風度 上采用了較為成熟的電控節(jié)流孔開度的半主動控制式液壓懸置系統(tǒng) [5][9]。 20xx 年， 應(yīng)用形狀記憶金屬的記憶特性來改變液壓懸置的剛度，同 年， YWLee 將電磁技術(shù)應(yīng)用到懸置上，通過電磁推動器來驅(qū)動液壓懸置里的液體來改變懸置的剛度。 對 現(xiàn) 有懸置 元件 結(jié)構(gòu)本身的 改進 會受到生產(chǎn)工藝、成本、可靠性和安裝條件的制約。 1976 年， Schinitt 和 通過研究指出，懸置系統(tǒng)的振動特點主要取決于懸置的剛度，振 幅 與剛度、阻尼有關(guān)。 上官文斌和蔣學(xué)鋒 在 Johnson研究的基礎(chǔ)上 ，引入了扭軸的概念，并在扭軸坐標系中建立懸置系統(tǒng)的振動方程， 圖 13 電流變液懸置 ElectroRheological mount 上海內(nèi)燃機研究所碩士學(xué)位論文 5 對懸置系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。孫蓓蓓等 [22]從隔振理論出發(fā)， 用剛度矩陣解耦的方法 來 實現(xiàn) 動力總成 懸置系統(tǒng)在垂直方向和繞曲軸方向的振型解耦 ，由于發(fā)動機主要的激勵方向是垂直和繞曲軸方向，所以該方法具有很大的實際意義 。 隨著人們對汽車乘坐舒適性要求的提高 ，發(fā)動機懸置元件 的性能 將日趨完善。 （ 2）通過對動力總成懸置系統(tǒng)的力學(xué)分析，建立混合動力客車懸置系統(tǒng)的力學(xué)模型。 上海內(nèi)燃機研究所碩士學(xué)位論文 6 （ 4） 以 提高動力總成系統(tǒng)解耦率 ， 降低其對懸置系統(tǒng)剛度的靈敏度為目標，運用罰函數(shù)對目標函數(shù)關(guān)于剛度的靈敏度進行約束，綜合考慮懸置頻率合理分布， 運用 MATLAB GUI 編制計算工具對懸置系統(tǒng)的剛度進行優(yōu)化。一般發(fā)動機的固有頻率在 200～ 500Hz之間，而整個懸置系統(tǒng)的固有頻率則只在 5～ 30Hz，發(fā)動機的彈性體頻率遠高于懸置系統(tǒng)的固有剛體頻率，因此可以將發(fā)動機總成視為剛體。這樣發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的運動部件的慣性力可分為兩部分：往復(fù)運動的往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)部件運動的旋轉(zhuǎn)慣性力。 單缸發(fā)動機的氣體壓力分析 由于發(fā)動機是間歇 的做功 過程，氣缸內(nèi)的氣體壓力在一個工作循環(huán)內(nèi)劇烈變化，活塞連桿上的受力如圖 22 所示。往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力通過 發(fā)動機曲軸軸承作用于發(fā)動機體，而發(fā)動機體的振動直接由懸置系統(tǒng)來承擔。 直 列六 缸發(fā)動機各曲柄之間的夾角為 120176。 （ 3）六缸機激勵力 根據(jù)前面的 受力分析，可以得到 六 缸機激勵力的表達 形式為： ? ? ? ?0 0 0 0 0TiXQM? ? ?215? 其中： ? ?1 1 .3 s in 2X e oM M t???； [26] eoM 為發(fā)動機輸出的扭矩平均值。 路面激勵的幅度雖然變化很大，但是基本屬于低頻范圍的，其頻率一般在 以下 [27]。這種周期性的力矩脈動叫做點火脈沖，等點火間隔發(fā)動機的點火脈沖頻率如式（ 316） 所示 。 一般來說，發(fā)動機的不平衡引起的激振力是離心力 ， 由式（ 27）與式（ 28）知道其 大 小與轉(zhuǎn)速平方成正比， 只有在轉(zhuǎn)速比較高時才明顯。 圖 23 動力總成懸置系統(tǒng)示意圖 （ 1）橡膠懸置 現(xiàn)代車輛的發(fā)動機總成懸置系統(tǒng)一般采用多個懸置元件，各個懸置位置的間距比懸置元件本身的尺寸大得多，因此單個懸置元件由角剛度產(chǎn)生的恢復(fù)力矩比由各個懸置元件聯(lián)合產(chǎn)生的恢復(fù)力矩小得多，而且各方向的角剛度測量比較困難，所以 在建立單個懸置元件動力學(xué)模型時，角剛度可以忽略不計。 若用 ,ijk 表示沿三個 坐標方向的單位矢量，在微小振動假設(shè)條件下動力總成繞質(zhì)心的角位移和角速度矢量可寫為： x y zi j k? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?2 25? x y zi j k? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?2 26? 動力總成上矢徑為 i i j kr x i y j z k? ? ? ?? ? ?的任一點相對與質(zhì)心運動的速度是： 上海內(nèi)燃機研究所碩士學(xué)位論文 14 iivr? ? ???? x y z i j ki j k x i y j z k? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?2 27? ? ? ? ? ? ?i y i z i z i i i x i yz y i x z j y x k? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 動力總成相對于質(zhì)心的轉(zhuǎn)動動能為： 2i112 iiT m v??? ?轉(zhuǎn) ? ?2 28? ? ? ? ? ? ? 2i112 i i y i z i z i i i x i ym z y i x z j y x k? ? ?? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ?12 x x y y z z x y x y y z y z z x z xJ J J J J J? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 式中，動力總成的轉(zhuǎn)動慣量和慣性積是： 221 ()x i i iiJ m y z????? ? ?2 29? 221 ()y i i iiJ m x z????? ? ?2 30? 221 ()z i i iiJ m x y????? ? ?2 31? 1xy i i iiJ m x y???? ? ?2 32? 1yz i i iiJ m y z???? ? ?2 33? 1zx i i iiJ m x z???? ? ?2 34? 于是，動力總成的動能為： ? ? ? ? ? ?1122 x x y y z z x y x y y z y z z x z xT m x y z J J J J J J? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2 35? 寫成矩陣形式，次二次型有： 上海內(nèi)燃機研究所碩士學(xué)位論文 15 ? ? ? ?? ?12 TT Q M Q? ? ?2 36? 式中： ? ? ? ?Tx y zQ x y z ? ? ??為廣義速度列 向量。 39。這里假定阻尼是廣義速度的函數(shù)，因此系統(tǒng)產(chǎn)生的耗散能為： ? ? ? ? ? ?? ?2 2 2111122nn Tu i i v i i w i i i i iiiD c u c v c w q c q??? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ?49? 寫成矩陣形式可以得到： ? ? ? ?? ?12 TD Q C Q? ? ?2 50? 式中： ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?1n TTi i i i iiC E T c E T?? ?為阻尼矩陣 ； ? ? uii viwicccc???????為第 i 個懸置的阻尼矩陣。 用拉格朗日法建立了動力總成六自由度剛體模型，根據(jù)該模型能計算 該 動力總成懸置系統(tǒng)的固有特性。懸置的布置方式為前 中 后左右 六 點 ，前后四點采用 V 形布置，中間平置。 表 34 懸置坐標參數(shù) 動力總成質(zhì)心坐標下坐標(mm) X Y Z 動力總成質(zhì)心坐標下坐標(mm) X Y Z 前 左懸置 前右 懸置 中左 懸置 中右 懸置 后左 懸置 后 右 懸置 上海內(nèi)燃機研究所碩士學(xué)位論文 21 表 35 懸置安裝角度 安裝角度 (176。頻率所對應(yīng)的固有振型即為其特征向量，具體數(shù)值見圖 35。目前普遍應(yīng)用的主運動解耦程度的評價指標，是主振動中各自由度的能量分布百分比，即各自由度振動能量與振 型總能量的比值。由各 jkE 的對應(yīng)位置，可知 jkE 即為第 j 階主振動下分配給 第 k 個廣義坐標上的部分能量。 若某一廣義坐標上的能量增高 ， 其他廣義坐標上所占的比例必然降低，故可根據(jù)沿廣義坐標所分配的動能百分比來判斷坐標間耦合的程度。為便于討論，在此定義每階振型中能量最大的自由度所占的能量百分比為此階振型的解耦度，即 ： 61m ax ( )j kjkD M D IG?? ? ?3 12? 現(xiàn)有動力總成懸置系統(tǒng)的固有特性計算 根據(jù)式（ 36） 求出懸 置系統(tǒng)的固有頻率與振型，然后根據(jù)能量解耦法可以得到懸置系統(tǒng) 的 能量分布矩陣，根據(jù)各階能量的分布可以確定該階模態(tài)的占優(yōu)自由度及其振動形態(tài)。由圖可知，動力總成懸置系統(tǒng) Z 向與繞 Y 向解耦率不足 50%，存在嚴重的耦合現(xiàn)象。通過解耦率指出現(xiàn)有懸置系統(tǒng) Z 向與繞 Y向存在嚴重的耦合現(xiàn)象。在對動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化過程中，亦有多種方案可以選擇，有很多設(shè)計參數(shù)可供調(diào)整，分析各參數(shù)對優(yōu)化目標值的靈敏度可以幫助剔除低靈敏度的設(shè)計變量，可簡化數(shù)學(xué)模型，節(jié)省機時，避免優(yōu)化計算中可能造成的誤收斂，靈敏度分析結(jié)果可用于優(yōu)化設(shè)計中約束條 件的確定，確保滿足性能指標的前提下，靈敏度高的變量參數(shù)盡可能取在變化平緩的靈敏度區(qū)域內(nèi)。伴隨結(jié)構(gòu)法是根據(jù)電子學(xué)中的伴隨結(jié)構(gòu)理論，利用電子學(xué)中的特勒根定理與結(jié)構(gòu)力學(xué)的虛功原理之間的相似性，將網(wǎng)絡(luò)理論擴展到機械結(jié)構(gòu)的一種方法。本文采用直接求導(dǎo)法和正交設(shè)計實驗法對解耦率對懸置位置和剛度的靈敏度進行定性與定量分析。由式（ 35）對參數(shù) b 進行求導(dǎo)（ b 為 某懸置剛度 矩陣或 位置矩陣中的 某個方向上的剛度或位置元素），可以求得振型靈敏度函數(shù)，具體推導(dǎo)過程參見文獻 [34]。 將式（ 41）和式（ 43）代入式（ 42）可求得動力總成系統(tǒng)解耦率對第 i懸置 u 向剛度的靈敏度，具體公式如下： TTk j k j j k j jTTkkui j j ui j j uiD I G e M ee e Mk M k M k? ? ? ?? ? ? ??? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 2 100%T T Tk j k j j jTjjT u i u ijje e M MMkkM? ? ? ?????????? ?? ? ?????? ? ? ?44? 其中： 61j ij iiuik? ???? ?? ? ； 0T T T ii i i i i juiijjikE T T Ek?????? ???? ???? ??? ? ???? ijij??。 基于 正交試驗靈敏度計算 基于正交試驗的靈敏度分析方法，從多參數(shù)變化的角度出發(fā)，合理設(shè)計了符合統(tǒng)計規(guī)律的試驗方案，利用仿真計算的結(jié)果，對靈敏度進行分析求解。步驟如下： （ 1）根據(jù)圖 35