第５５卷第７期 农业装备与车辆工程 ２０１７年７月 Ｖ０１．５５ Ｎｏ．７ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊｕｌｙ ２０１７ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－３ １４２．２０１７．０７．０２０ 基于ＡＤＡＭＳ的动力总成悬置系统优化设计 张贵勇，孟宪鹏 （２３００２２安徽省合肥市安徽江淮汽车集团股份有限公司） 【摘要】针对某重型汽车在怠速＿ｖ－￣Ｔ抖动严重的现象，利用ＡＤＡＭＳ建模分析，发现悬置系统固有频率 太高且解耦率差。因此，利用ＡＤＡＭＳ的优化功能，确定出悬置系统的改进设计参数。试验表明，改进后 的悬置系统有效地解决了车辆抖动的问题。 【关键词】悬置系统；ＡＤＡＭＳ；固有频率；解耦；优化 【中图分类号】Ｕ４６４．１３ 【文献标识码１ Ｂ 【文章编号１ １６７３—３１４２（２０１７）０７－００８５—０３ Ｄｅｓｉｇｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ Ｍｏｕｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤＡＭＳ Ｚｈａｎｇ Ｇｕｉｙｏｎｇ，Ｍｅｎｇ Ｘｉａｎｐｅｎｇ （Ａｎｈｕｉ Ｊｉａｎｇｈｕａｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ Ｃｉｔｙ，Ａｎｈｕｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ２３００２２，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃ￣Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ａ ｈｅａｖｙ ｄｕｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｕｎｄｅｒ ｉｄｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｕｓｉｎｇ ＡＤＡＭＳ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ’Ｓ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｎａｔｕｒａｌ ｆｅｒｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｔｏｏ ｈｉｇｈ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｉｓ ｐ００Ｌ Ｔｈｕｓ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＤＡＭＳ’Ｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｌｖｅｓ ｈｔｅ ｃｈａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ＡＤＡＭＳ；ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ０引言 系统共振，因此，需要优化悬置系统。 发动机悬置是底盘与发动机之间的连接件， １悬置系统模型的建立 它应具有良好的隔振作用。一方面，它要阻止作 发动机的振动是一个多自由度的复杂振动过 为振源的发动机向车架传递振动力，这类隔振形 程，在对发动机振动进行初步分析时，我们作以 式称为积极隔振；另一方面，发动机悬置必须阻 下几个假设： 止路面不平激励等传给发动机的振动和冲击，这 （１）把承载发动机的底盘视为绝对刚体； 类隔振形式称为消极隔振。可见发动机悬置必须 （２）发动机的旋转角速度是一个常数； 起到双重隔振的作用。从隔振角度来说，希望悬 （３）发动机在各方向的振动及回转运动之间 置是越软越好，以期将振动隔离到最小；而从支 互不影响； 承和限位角度来说，考虑到空间结构的紧凑性和 ｆ４）根据发动机总成各零件间的实际运动关 有限性，又希望悬置越硬越好，此二者是一个矛 系将各个运动副简化成理想约束。 盾体。因此，在悬置设计中如何最优化选取悬置 基于ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ，建立参考坐标系如下： 刚度是一个极为重要的问题。同时，为了使振动 以发动机飞轮后端面与曲轴中心线交点为原点， 得到迅速衰减，发动机悬置还应具有适当的阻尼， 轴为曲轴中心线方向，正向指向发动机后端； 这是发动机悬置的另一个要求ｎ】。 ｚ向为缸体轴向，向上为正；右手定则确定ｌ，向。 某重型汽车在怠速工况下抖动严重，尤其是 动力总成悬置系统模型，如图１所示。 在怠速、启动和熄火工况下的侧摆振动，致使方 向盘和驾驶室抖动严重。初步分析其原因，系悬 ２现有悬置系统分析 置系统胶垫刚度匹配不好，固有频率较高，导致 ２．１现有悬置系统各悬置点的位置参数（见表１） ２．２动力总成系统的质量及惯性参数（见表２） 基金项目：国家部委预研项目（１０３００２０２２０７０７） 收稿日期：２０１６—１２—２１ 修回日期：２０１７—０１－０４ ２．３悬置胶垫参数（见表３） 农业装备与车辆工程 图１发动机总成悬置系统模型 Ｆｉｇ．１ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ ｍｏｕｎｔ ｓｙｓｔｅｍ 表１各悬置点位置ｍｍ Ｔａｂ．１ Ｅａｃｈ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ 一～一一 ～ ｙ哪ｙ解 ∞ｚ耦 ‰率‰ 肠 表２动力总成质量、惯性参数 Ｔａｂ．２ Ｐｏｗｅｒｔｍｉｎ ｍａｓｓ，ｉ＂ ｎｅｒｔｉ叫 ａ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 轻即一懈 一．Ｓ—ｎ一重ｅ—。表３悬置胶垫的各向静刚度／（一 ５＂¨¨钉ｌ（（２ ∞３。 ｉｆ ｎｅｓｓ ¨ （７（ｏｆ 加 ｒｕｂｂｅｒＪ ｏ言詈 Ｎ／ｍｍ） Ｔａｂ．３ Ｓｔａｔｉｃ ｓｔｐａｄ／（Ｎ／ｍｍ） 根据悬置胶垫的特性，计算时各向动刚度取 １．５倍静刚度。 ２．４计算结果及分析 将表１、表２、表３中的各项参数代人 ＡＤＡＭＳ六点悬置模型进行仿真计算，悬置系统 的固有频率及解耦见表４。 分析表４可有如下结论： （１）现有悬置系统固频较高，达到２４．４ ＨＺ， 这将导致隔振性能差。 由于燃料在气缸内爆发而在缸体上产生绕平 行于曲轴轴线的力矩，以及由此产生的由发动机 悬置点承受的翻转力矩，都是曲轴转角的周期函 数，这种周期性的力矩脉动叫做点火脉冲。每秒 钟发动机各缸燃烧次数的总和就是该柴油机的点 火脉冲频率即激振频率 ： ２ｎｉ／６０Ｃ 式中：．产＿＿激振频率，Ｈｚ；ｎ——发动机转速， ｒ／ｍｉｎ； ——发动机气缸数；ｃ＿—一发动机的冲 程数。 该车型匹配直列六缸发动机，怠速转数为 ７００ ｒ／ｍｉｎ，可得其怠速激振频率为３５ Ｈｚ。按照隔振 的要求，悬置系统的最大固有频率应小于激振频率 的ｌ／ 倍网，理想状态为ｌ／２倍，即小于１７．５ ＨＺ。 由表５知，原车悬置系统最大固有频率为２４．４ Ｈｚ， 大于１７．５ Ｈｚ，这将导致隔振性能差。 （２）现有悬置系统解耦率差 动力总成晃动较大是由发动机产生的主要激 振力沿垂直方向的不平衡惯性力及绕曲轴的惯性 转矩造成的 。由表４可见，现有悬置系统主振 方向ｚ向的解耦只有７２．９％，／ｙｙ向７５．１％，耦合 效果较差，应对其进行改进设计，从而提高其隔 振效率和解耦率，降低整车的振动。 ３优化设计 ３．１设计变量 由于发动机本身的性能参数难于改变，而现 有动力总成受布置空问的限制无法改变。因此选 取各个悬置支承胶垫的三向刚度和悬置布置角度 为设计变量。 ３．２优化目标 基于能量法解耦，优化悬置胶垫刚度，改变 悬置系统的固有频率，提高在其主要激振力作用 ｚ和Ｒ 方向的解耦率。 ３．３优化结果及分析 利用ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ模型，建立胶垫参数化方 法进行优化，从中选择最优结果并反复优化，最 第５５卷第７期 张贵勇等：基于ＡＤＡＭＳ的动力总成悬置系统优化设计 终优化后悬置系统固频及解耦率如表５所示［５１。 由表５可知，经过优化以后，悬置系统的最 （续表） 高固有频率（１５．５ ｔｔｚ）小于激振频率的１／２倍，即 小于１７．５ Ｈｚ。且各方向上解耦率都达到９０％以 上，解耦效果相当理想，理论隔振性能大为改善。 优化后的悬置胶垫静刚度，见表６。 表５优化后悬置系统固有频率及解耦率 Ｔａｂ．５ Ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ 表６优化后胶垫的各向静刚度／（Ｎ／ｍｍ） Ｔａｂ．６ Ｓｔａｔｉｃ ｓｔｉｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｐａｄ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ／（Ｎ／ｍｍ） ４试验验证 根据优化结果，对原车悬置系统进行改进， 并对悬置系统进行振动测试，结果见表７。 表７悬置系统振动测试数据 Ｔａｂ．７ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｄａｔａ 总体上来看，发动机悬置系统的隔振效率比 较理想，尤其是ｚ方向的隔振效率均在８５％以上， 经过悬置系统衰减后传递到车架侧的振动加速度 值均在０．６ ｒｒｄｓ。以下，说明悬置系统较好地起到 了衰减发动机振动的作用，并使整车舒适性大 为改善，实际问题得到解决。 ５结语 本文运用ＡＤＡＭＳ软件，通过能量解耦法， 对动力总成悬置系统进行了优化分析，提高了悬 置系统的隔振效率，改善了怠速情况下的隔振情 况，提升了整车的舒适性。该优化方法可提高悬 置系统设计的有效性，缩短设计的周期，但悬置 系统的实际隔振效果，最终仍需要进行振动测试 来确定。 参考文献 【１］宋才礼．动力总成悬置系统隔振性能研究【Ｄ】．江苏大学， ２０ｏ９． ｆ２】王文亮．汽车动力总成悬置系统优化设计与橡胶悬置研究 『Ｄ】．合肥工业大学，２０１０． ［３】柯有恩，刘志恩，颜伏伍．某微型车动力总成悬置系统 隔振性能研究［Ｊ】．武汉理工大学学报：信息与管理工程 版．２０１３（６）：８４６－８５０． ［４Ｊ王天利，孙营，田永义．基于能量法解耦的汽车动力总成悬 置系统优化［ＪＪ．机械设计与制造，２００６（７）：３１－３３． ［５】陈立平，张云清，任卫群．机械系统动力学分析及ＡＤＡＭＳ 应用教程【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００５． 作者简介张贵勇（１９８Ｏ一），男，从事汽车底盘设计工作。Ｅ—ｍａｉｌ： ｚｈａｎｇｇｙ３３３＠１６３．１２０１１１
