基于MATLAB的发动机悬置系统振动烈度分析

1、 基于MATLAB的发动机悬置系统振动烈度分析一、研究目标和内容汽车的乘坐舒适性越來越受到人们重视。引起汽车振动的振源主要有汽午行驶时的路面随机激励和发动机工作时的振动激励。随着道路条件的改善和汽车悬架系统设计的完善，路面随机激励对汽车乘坐舒适性的影响得到了缓解。现代汽车设计向着提高发动机功率和车身轻量化的方向发展，采用新型高强度轻质材料可以减轻整车质量，而发动机的质量却难以减轻，使发动机的质量在整车质量中所占比例有所上升。发动机振动对整车的影响有所提高，成为车辆的一个主要振源，其振动经悬置系统传递后引起车身的振动。所以建立合理的发动机动力总成悬置系统模型快速准确地获得动力总成悬置系统的动态特

2、性显得尤为重要。通常釆用悬置元件的静刚度建立悬置系统MATLAB力学模型，而在实际工况下，发动机悬置系统是在一定频率下振动的，建立系统实际工况下动力学模型时，用悬置元件动刚度代替静刚度，以发动机的一种工况为例，给出一种悬置系统实际工况条件下MATLAB建模的方法，具有较高的工程实用价值。二、分析发动机悬置系统的振动发动机作为汽车的主要振源，其振动经动力总成悬置系统传递到车架或车身上。因此动力总成悬置隔振系统的设计对于汽车减振降噪是非常重要的。发动机通过悬置元件安装在车架上,悬置元件既是弹性元件，乂是减振装置，其特性直接关系到发动机振动向车体的传递，并影响整车的振动与噪声。合理的悬置不但可以减小

3、振动、降低噪声以改善乘坐舒适性，还能提高零部件和整车寿命。因此，发动机的悬置设计越來越受到重视。8V150发动机所用的悬置隔振元件在发动机台架上安装时，一端固定在发动机上，另一端固定在与发动机台架刚性连接的支架上。悬置隔振元件在三维方向上都有弹性，但由于发动机的各支承点相距较近，故常略去其扭转弹性，而将其简化为分别沿其三个弹性主轴的三弹费阻尼元件，其垂向刚度和阻尼待辨识。二、建立发动机台架物理数学模型汽牛的动力总成（发动机、飞轮壳、变速箱等）通常用橡胶悬置支承在车架上，因此可把发动机看作是空间弹性支承着的刚体。当发动机在空间做任意方向的运动时，橡胶件都将阻止这种运动。因此，橡胶支承在空间三维方

4、向都有弹性，并由扭赞作用。但是发动机的各支承位置相距较近，扭赞作用不其显著，常略去不计，仅把橡胶件简化为沿着空间三个正交轴线具有弹性的弹费。发动机总成及其悬置系统组成的弹性振动系统，固有频率不超过30Hz,发动机组的质量和刚度一般比隔振器大得多，且前者的固有频率高于激励频率，故将发动机组视为刚体。因此，可以把发动机简化为一空间刚体。这样，发动机台架物理学模型即为空间六自由度的弹性振动系统，其台架动力学6自由度模型如下图所示。定义坐标系为：一一坐标系的原点为在平衡位置时发动机总成悬置系统的质心;X一平行于曲轴轴线指向前方；y一一垂直于曲轴轴线水平向右；z一按右手定则为垂直于曲轴轴线竖直向上；乞一

5、一发动机绕X轴转动的角位移；y一发动机绕y轴转动的角位移；2一发动机绕z轴转动的角位移。则系统的六个自由度，用广义坐标描述为:q=xyz2%对于上述动力总成悬置系统力学模型，根据第二类拉格朗日方程式，振动微分方程为:dt術j_|如術jJ得出系统发动机悬置系统六自由度运动微分方程：M醪C斟Kq=Q四、发动机悬置系统振动烈度的求解与仿真为了求得方程Mq+Cq+Kq=P(t)的解，可以将位移和速度都看作独立的变量,将原來的1】个二阶微分方程作为21】个一阶常微分方程來处理，也就是对状态方程进行求解。现对方程补充下列方程：Mq-Mq=0方程Mq+Cq+Kq=P(t)和Mq-Mq=0可写为如下状态方程：

6、Mq+Cq+Kq=P(t)Mq-Mq=0即:其中銀+By=Q(t)A=-MOOQ(t)=OP(t)状态方程标准形式:y=_/lBy+*Q(t)1)发动机不平衡激励8V150发动机采取平衡措施后，只有倾覆力矩，图2为转速n=2200ipm时，在发动机一个工作循环倾覆力矩随曲轴转角的变化关系。6000-1oooo100200300400500600700800曲轴转角。倾覆力矩随转角的变化0050O40000O00300020发动机倾覆力矩随曲轴转角的变化关系(11=2200ipill)2)仿真流程发动机质量：1577.75kg静变形:3.7082mm,初始刚度：1042.4N/nun仿真时间：0

7、.0545s,一个工作循环(720)3）仿真结果根据仿真流程，对发动机在一个工作循环的悬置系统进行仿真，结果如下图所示。3OO4OO.5OO6OO减振器垂向变形1042.551042.51042.451042.41042.35左后A/左前Ann丿1Jdff、亠kff1&V“0/右前1|1/(11/U/1丿1/1/1f11/丨1uVJIu11/J丿1r/wJir1/L艺JIJ1fp/c/V1/1Jif111f1JJJJJ1v(右后0.010.020.03时间S减振器垂向刚度变化040506位移mm/s位移mm/s位移mm/srboOr-cnf0020030040050.00ooo00200300

8、40050.00oooOo002003s.ss0040.050.00oXocnXocnOCDOOoo8ooo8oXo速度mm/s速度mm/s速度mm/sXo5。心o2Xo7速度mm/sohooooo速度mm/sO速度mm/sCDp06 o1X21X向加速度0503021y向加速度5a06050302Z向加速度060503O022S1翌瑕旨1ex向加速度06050403020100106y向加速度0605040302ez向加速度0605043.0间O时02010-L一一O0000000O551-OJS/UIE翌瑕旨4）结果评价振动烈度计算结果：31.4733mm/s 五、对求解的结果进行分析用悬置元件动刚度代替静刚度，一种悬置系统实际工况条件下MAELAB建模的方法，通过建立一定参数的发动机的工况，算出此种工况下，发动机的振动烈度计算结果为31.4733nini/So发动机是车辆的“心脏”部分。随着功率和速度的不断提高，其振动和噪声不仅影响车体结构的稳定性，而且影响结构的强度和性能。为了提高午体的稳定性和降低发动机振动与噪声的传播，一般在发动机动力总成与车体底甲板之间加入隔离系统一悬置。合理的选择发动机动力总成的悬置，可以降低发动机振动的波及