发动机悬置设计——南航翁老师

1、动力总成的隔振设计与稳健性分析,翁建生 南京航空航天大学车辆系 2009-02-26,一、动力总成悬置系统与车辆nvh,1、坐标系统 车辆坐标： 动力总成坐标 动力总成惯性主轴 如果动力总悬置系统设计能使动力总成仅产生绕惯性主轴转动，动力总成悬置系统产生的力趋于零。,二、动力总成的激励源,1. 发动机点火脉冲产生的作用力 发动机气缸内的压力变化 发动机的转速变化 （600rpm-6000rpm） 四缸机 f=20-200hz 六缸机 f=30-300hz,二、动力总成的激励源,2. 发动机不平衡惯性力与力矩 四连杆机构与曲轴产生惯性力与力矩 多阶次激励 怠速激励是动力总成悬置设计的激励源,三、

2、动力总成悬置设计的基本要求,动力总悬置的基本作用 动力总成悬置的设计要求 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置 振动隔振理论 动力总成悬置的刚度和位置的设计 悬置的类型,3.1动力总成悬置的作用,定位和支撑动力总成系统 (重量分布、系统布置干涉、主惯性轴位置） 承受输出扭矩的反作用力矩 承受车辆加速、减速、启动、制动、转向、路面输入的反作用力 隔离动力总成振动传输到车架（车身） 隔离高频结构产生的噪声 吸收路面（悬架）产生的振动,3.2、动力总成悬置设计要求,满足nvh的要求 频率：六自由度固有频率小于 怠速激励频率 六自由度尽可能解耦 满足动力总成的在发动机仓内布置和不产生干涉 满足耐久性要求（温

3、度、冲击、老化） 满足安全碰撞规范要求 低成本与轻量化,3.3 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置,动力总成悬置布置应尽可能使动力总成绕惯性主轴自由滚动 悬置布置在动力总成上振动幅值小的位置 悬置布置在车架(车身)侧应在刚度大,并且力/位移灵敏度小的位置,3.3 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置,动力总成悬置的位置应布置有悬架安装点附近,能最大地隔离路面的振动 悬置的位置布置应使动力总成六自由度尽可能解耦. 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置设计要进行优化设计,3.3 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置,动力总成悬置的刚度,从隔振方面考察应尽可能小, 阻尼在共振区要求高,在隔振区要求低,要平衡设计. 悬置支

4、架的刚度要高,低刚度可能产生共振并降低隔振效果.通常悬置支架的固有频率大于 500hz 发动机仓的布置约束对悬置位置有干涉. 主要有排气系统 风扇 副车架 发动机附件,3.4 动力总成悬置类型,橡胶悬置 液压橡胶悬置 半主动控制悬置 主动控制悬置,阻尼控制?,requirement of engine mount,at low frequency(20hz-200hz), the mount should be soft to isolate vibration,四、动力总成的隔振系统基本理论,4.1隔振区 激励频率与动力总成激动频率之比大于 动力总成的最低激励频率是发动机怠速激励频率 一般希

5、望动力总成的滚动模态固有频率10-12 hz,四、动力总成的隔振系统基本理论,4.2系统的动力学方程为：,4.3 优化设计,假设: 六自由度模型:支架刚度无穷大(刚性) 不考虑动力总成弹性 悬置三向刚度,不考虑扭转刚度 解耦设计时不考虑悬置阻尼 优化目标:能量解耦 动反力最小,4.3 优化设计,能量解耦目标大于85%,滚动模态和z向模态的与其它模态解耦度大于92%. 六个自由度固有频率分隔大于1hz .滚动模态频率要尽可能小. 优化设计变量: 悬置三向刚度 悬置的位置与安装角,4.3 优化设计,优化设计的输入数据: 动力总成的质量 转动惯量 质心位置 悬置的初始的安装位置坐标(质心坐标)节器安

6、装角和可能的范围 悬置的初值和可能范围 优化算法 全局优化算法:ga 进化算法 模似退火,4.4 优化算例,五、稳健性分析,为什么要进行稳健性分析？ 动力总成悬置的刚度变化在 10-15% 主要原因： 橡胶材料与制造尺寸变化 装配与安装误差 分析方法：蒙特卡洛(monte carlo)方法 正交试验分析 区间理论分析 cae模拟,六、动力总成隔振性能整车状态评价,为什么要进行整车评价？ 动力总成的支架、车架（车身）不是绝对刚性 动力总成刚体模态、悬架模态和整车刚体解耦。,六、动力总成隔振性能整车状态评价,整车模态分析 整车状态下动力总成模态 车架固定时动力总成模态 排气系统模态 副车架模态 悬架模态,六、动力总成隔振性能整车状态评价,道路试验 评价： 动力总成隔振率 方向盘振