【正文】 、磁流變液 和壓電陶瓷等智能材料的研究及發(fā)展迅速，并且將這些材料應(yīng)用到了懸置上，從而進(jìn)一步推動(dòng)了半主動(dòng)和主動(dòng)懸置的發(fā)展 。 Timpner 使動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的 彈性中心位于 動(dòng)力總成 的質(zhì)心處或主慣性軸上， 通過合理的位置布置來達(dá)到動(dòng)力總成 懸置系統(tǒng)振動(dòng) 部分 解耦的目的。程序、張建潤(rùn)等 [21]應(yīng)用模態(tài)綜合理論對(duì)整車作振動(dòng)分析， 以 實(shí)際的路面激勵(lì)作為 輸入 ，通過建立 20 自由度的整車模型，以座椅加速度響應(yīng)值最小為目標(biāo)函數(shù)求出座椅的振動(dòng)響應(yīng)， 并且兼顧各子結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)匹配 。論文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)工作： （ 1）首先介紹 國(guó)內(nèi)外懸置 發(fā)展動(dòng)態(tài) ，分析了懸置 元件 與懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些基本設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。為了進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與優(yōu)化，首先需要建立發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型。一般它不會(huì)直接激起曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和縱向振動(dòng)，但它可能激起曲軸的橫向振動(dòng)。在此將發(fā)動(dòng)機(jī)所受激勵(lì)力和激勵(lì)力矩分別進(jìn)行考慮。 只有當(dāng)激振頻率大于系統(tǒng)固有頻率的 2 倍時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞率小于 1 時(shí)才能起到 隔振的效果，所以要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率確定懸置系統(tǒng)的頻率范圍。 （ 2）不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所引起的激振頻率為： 2 / 60f QN? ? ?2 17? 式中： Q為 激 振 力 階 數(shù) 。 動(dòng)力總成懸置 系統(tǒng) 的動(dòng)能 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的動(dòng)能應(yīng)為其隨質(zhì)心的平動(dòng)動(dòng)能和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能之和： TT? 平 轉(zhuǎn)+T ? ?2 22? ? ?1 x2T m y z? ? ?平 ? ?2 23? 2i112 iiT m v??? ?轉(zhuǎn) ? ?2 24? 式中： m 為動(dòng)力總成的總質(zhì)量； im為動(dòng)力總成內(nèi)第 i 個(gè)微小質(zhì)量； iv 為動(dòng)力總成內(nèi)第 i 個(gè)微小質(zhì)量相對(duì)于質(zhì)心的速度。 動(dòng)力總成懸置 系統(tǒng) 的耗散能分析 由于懸置系統(tǒng)存在粘性阻尼，因此 所研究的系統(tǒng)為非保守系統(tǒng)，且系統(tǒng)中存在著由阻尼產(chǎn)生的非勢(shì)力 P 。 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)參數(shù) 動(dòng)力總成質(zhì)量參數(shù) 該 混合動(dòng)力客車 的發(fā)動(dòng)機(jī)采用 六 缸發(fā)動(dòng)機(jī)， 縱向 布置在汽車 后 部。則頻率可由式 ? ?1 1, 2 62i ifi???? ，求得。 由上式知道 jkE 應(yīng)為： 上海內(nèi)燃機(jī)研究所碩士學(xué)位論文 23 ? ?62 112jk j k l k j ljlEM? ? ??? ? ? ?38? 式（ 38） 中 的 jkE （ k=1， 2……， 6） 已有動(dòng)能的量綱，而式（ 37）的最右邊的等式說明第 j 階主振動(dòng)的總動(dòng)能 jtolE 為 6 個(gè)分量動(dòng)能 jkE 的疊加。因?yàn)橄到y(tǒng)的復(fù)雜性，迄今對(duì)能量 分布 的門檻值仍無定論。 本章小結(jié) 本章給出了現(xiàn)有懸置系統(tǒng)參數(shù)，運(yùn)用 MATLAB GUI 編制計(jì)算工具計(jì)算現(xiàn)有懸置系統(tǒng)固有頻率、振型及解耦率。該方法最先由 Fox 和 Kapoor 提出 [31]，后來經(jīng)過多人發(fā)展而逐步形成。因?yàn)闆]有 模態(tài)截?cái)?引起的誤差，經(jīng)典模態(tài)法對(duì)本問題是精確方法 [33]。 同理可以得到 能量解耦對(duì) 第 i 個(gè) 懸置 y 方向和 z 方向上 位置 的 靈敏度。 在 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，一般采用極差分析法來確定因素的優(yōu)水平及對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的主次關(guān)系。 公式如下： 61j ij iib? ???? ?? ? ? ?41? 其中：12Ti j jij j iTijKMbbMb? ? ?? ? ???? ???????? ?????????? ???? ?? ijij?? ； i? 、 j? 分別為動(dòng)力總成系統(tǒng)第 i 階、 j 階振型； i? 、 j? 分別為動(dòng)力總成系統(tǒng)第 i 階、 j 階角頻率的平方值。直接求導(dǎo)物理概念明確，推導(dǎo) 相對(duì)簡(jiǎn)單，較為常用。并以本章的振型計(jì)算作為輸入條件，為下一章分析剛度對(duì)動(dòng)力總成各向解耦率的影響作理論鋪墊。 本文通過矩陣迭代法 [30]進(jìn)行計(jì)算并運(yùn)用 MATLAB 編寫計(jì)算程序，并將其 可視化 ，如圖 33 所示?？倓?dòng)能為全部分量動(dòng)能之和。 發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)的能量解耦 懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主運(yùn)動(dòng)解耦是目前廣泛應(yīng)用的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 使左右懸置盡可能布置在動(dòng)力總成扭矩軸上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的自重和垂向振動(dòng)起主承載的作用。 動(dòng)力總成懸置 系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型 從能量的角度應(yīng)用拉格朗日法建立動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。 ? ?M 為動(dòng)力總成的質(zhì)量矩陣，如下所示： x x y x zx y y y zx z y z zmmmMJ J JJ J JJ J J????? ???????????? ? ?2 37? 動(dòng)力總成懸置 系統(tǒng) 的勢(shì)能 動(dòng)力總成的勢(shì)能，假設(shè)動(dòng)力總成有 n 個(gè)懸置，其彈性主 軸 ,i i iu v w 與坐標(biāo)系Gxyz 的夾角如表 21 所示。 對(duì)于本文討論的六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其 6 階次引起的振動(dòng)較大。 上海內(nèi)燃機(jī)研究所碩士學(xué)位論文 11 總的來 說引起發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)的激勵(lì)有以下幾種。 。 圖 22 活塞連桿的受力 The force of piston link 上海內(nèi)燃機(jī)研究所碩士學(xué)位論文 9 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，作用在曲柄連桿上的主動(dòng)力為： ? ? 2D14gPP ???氣 ? ?25? 式中： P氣 為活塞頂面上氣體的爆發(fā)壓力； D 為 活塞的直徑。同時(shí)將各個(gè)懸置元件簡(jiǎn)化為三個(gè)相互垂直的線性彈簧阻尼元件，由此建立六自由度的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)化模型，并建立多自由度動(dòng)力學(xué)微分方程，通過對(duì)這個(gè) 微分方程的求解，可以得到懸置系統(tǒng)的固有頻率，固有陣型，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)等，從而為進(jìn)一步的分析優(yōu)化做好準(zhǔn)備。運(yùn)用 MATLAB GUI 編 制計(jì)算工具，計(jì)算動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)固有特性。溫任林、顏景平 [23]以整車系統(tǒng)為背景，以動(dòng)力總成 懸置系統(tǒng)各階振型解 耦 和 駕駛室振動(dòng)能量相對(duì)最小和的多目標(biāo)優(yōu)化方法建立了優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。 1979 年， Johnson 以合理配置系統(tǒng)固有頻率和各自由度之間的振動(dòng)解耦率為目標(biāo)函數(shù)，用懸置剛度和位置參數(shù) 為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。日本 Isuzu 公司 采用 YWLee 設(shè)計(jì)的懸置在重型柴油機(jī)上實(shí)施主動(dòng)控制并取得了良好的隔振效果 。 二十世紀(jì)八十年代初， 日本三菱汽車公司 設(shè)計(jì)出了 電控截流孔開度式液壓懸 （ a）橡膠懸置 （ b）簡(jiǎn)單橡膠懸置彈簧 阻尼模型 圖 11 橡膠懸置及簡(jiǎn)圖 Rubber mount and Schematic Diagram 上海內(nèi)燃機(jī)研究所碩士學(xué)位論文 3 置， 在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的隔振效果 ，這是最早使用半主動(dòng)控制的懸置。而普通的橡膠懸置元件的振動(dòng)阻尼偏小，不能滿足對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在低頻域的 隔振性能要求，在高頻時(shí)又會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)硬化，導(dǎo)致其動(dòng)剛度顯著增大，不能滿足對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在高頻區(qū)域的減振降噪性能要求。世界各大汽車制造廠家開始關(guān)注動(dòng)力總成的減振降 噪 問題。然而由于制造、安裝及運(yùn)行過程中其他一些因素造成懸置剛度及位置偏差是不可避免的。 本文通過閱讀大量的文獻(xiàn)， 介紹了 國(guó)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(jì)的一些基本設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 保密 □，在 年解密后適時(shí)用于授權(quán)書。 在解耦率對(duì)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(biāo)函數(shù)，運(yùn)用罰函數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)關(guān)于剛度的靈敏度進(jìn)行約束，綜合考慮頻率的合理分布，通過遺傳算法對(duì)動(dòng)力總成系統(tǒng)懸置剛度進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。所以沒有動(dòng)力總成懸置元件這個(gè)概念。下面是一種比較典型的橡膠懸置及簡(jiǎn)圖，如圖 11所示。 二十世紀(jì)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(qǐng)了第一個(gè)液壓懸置專 利。 1994 年，日本尼桑汽車公司在尼桑風(fēng)度 上采用了較為成熟的電控節(jié)流孔開度的半主動(dòng)控制式液壓懸置系統(tǒng) [5][9]。 對(duì) 現(xiàn) 有懸置 元件 結(jié)構(gòu)本身的 改進(jìn) 會(huì)受到生產(chǎn)工藝、成本、可靠性和安裝條件的制約。 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(biāo)系中建立懸置系統(tǒng)的振動(dòng)方程， 圖 13 電流變液懸置 ElectroRheological mount 上海內(nèi)燃機(jī)研究所碩士學(xué)位論文 5 對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 隨著人們對(duì)汽車乘坐舒適性要求的提高 ，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元件 的性能 將日趨完善。 上海內(nèi)燃機(jī)研究所碩士學(xué)位論文 6 （ 4） 以 提高動(dòng)力總成系統(tǒng)解耦率 ， 降低其對(duì)懸置系統(tǒng)剛度的靈敏度為目標(biāo)，運(yùn)用罰函數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)關(guān)于剛度的靈敏度進(jìn)行約束，綜合考慮懸置頻率合理分布， 運(yùn)用 MATLAB GUI 編制計(jì)算工具對(duì)懸置系統(tǒng)的剛度進(jìn)行優(yōu)化。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部件的慣性力可分為兩部分：往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)部件運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)慣性力。往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力通過 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸承作用于發(fā)動(dòng)機(jī)體，而發(fā)動(dòng)機(jī)體的振動(dòng)直接由懸置系統(tǒng)來承擔(dān)。 （ 3）六缸機(jī)激勵(lì)力 根據(jù)前面的 受力分析，可以得到 六 缸機(jī)激勵(lì)力的表達(dá) 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(dòng)機(jī)輸出的扭矩平均值。這種周期性的力矩脈動(dòng)叫做點(diǎn)火脈沖，等點(diǎn)火間隔發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火脈沖頻率如式（ 316） 所示 。 圖 23 動(dòng)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(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)一般采用多個(gè)懸置元件，各個(gè)懸置位置的間距比懸置元件本身的尺寸大得多，因此單個(gè)懸置元件由角剛度產(chǎn)生的恢復(fù)力矩比由各個(gè)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(cè)量比較困難，所以 在建立單個(gè)懸置元件動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，角剛度可以忽略不計(jì)。 39。 用拉格朗日法建立了動(dòng)力總成六自由度剛體模型，根據(jù)該模型能計(jì)算 該 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固有特性。 表 34 懸置坐標(biāo)參數(shù) 動(dòng)力總成質(zhì)心坐標(biāo)下坐標(biāo)(mm) X Y Z 動(dòng)力總成質(zhì)心坐標(biāo)下坐標(biāo)(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(jī)研究所碩士學(xué)位論文 21 表 35 懸置安裝角度 安裝角度 (176。目前普遍應(yīng)用的主運(yùn)動(dòng)解耦程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是主振動(dòng)中各自由度的能量分布百分比，即各自由度振動(dòng)能量與振 型總能量的比值。 若某一廣義坐標(biāo)上的能量增高 ， 其他廣義坐標(biāo)上所占的比例必然降低，故可根據(jù)沿廣義坐標(biāo)所分配的動(dòng)能百分比來判斷坐標(biāo)間耦合的程度。由圖可知，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng) Z 向與繞 Y 向解耦率不足 50%，存在嚴(yán)重的耦合現(xiàn)象。在對(duì)動(dòng)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(jì)參數(shù)可供調(diào)整，分析各參數(shù)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)值的靈敏度可以幫助剔除低靈敏度的設(shè)計(jì)變量，可簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，節(jié)省機(jī)時(shí)，避免優(yōu)化計(jì)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(jì)中約束條 件的確定，確保滿足性能指標(biāo)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)。本文采用直接求導(dǎo)法和正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法對(duì)解耦率對(duì)懸置位置和剛度的靈敏度進(jìn)行定性與定量分析。 將式（ 41）和式（ 43）代入式（ 42）可求得動(dòng)力總成系統(tǒng)解耦率對(duì)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??。步驟如下： （ 1）根據(jù)圖 35