动力总成悬置系统解耦布置的鲁棒性分析

　　动力总成悬置系统的首要任务是隔离动力总成的振动向车架、车身及车厢内部传递,尤其是控制发动机怠速工况下的低频抖动,并隔离发动机高速运转时引起的车室内部的高频噪声。动力总成悬置系统的设计是一个复杂的任务,其基本原则是解耦布置[1-2]。若系统的固有模态之间存在运动耦合,则在某一自由度方向上的振动会激起其它方向上的振动,对悬置系统的振动控制和隔振不利。尤其在发动机怠速工况下,发动机倾覆力矩主谐量的频率与发动机的刚体振动模态(约5Hz~30Hz)较为接近,模态耦合会使隔振性能恶化。因此动力总成悬置系统设计的基本任务是解决动力总成的各刚体振动模态的频率配置问题和振动耦合问题。

　　建立模型时,一般将动力总成视为6自由度刚体,由n(n 3)个悬置支撑在车架、副车架或车身上[4]。动力总成悬置系统的固有频率和解耦率(又称为模态能量)与悬置的刚度、安装位置以及安装方位等参数相关[1]。实际上,悬置系统的固有频率和解耦率对不同设计参数的敏感程度(灵敏度)并不相同。近年来,鲁棒性分析和设计方法逐渐被应用于汽车工业领域。Qatu[5]计算分析了悬置刚度变化对动力总成悬置系统频率间隔鲁棒性的影响; Sirafi和Chang[6]仿真研究了橡胶悬置刚度和副车架刚度的变化对悬置系统解耦率鲁棒性的影响;Pang和Qatu[7]采用实验设计方法仿真分析了汽车排气系统振动响应的鲁棒性。

　　本文基于正交实验设计方法,仿真分析了某动力总成悬置系统的固有频率和解耦率对悬置静刚度的灵敏度,计算了悬置静刚度的变化对悬置系统固有频率和解耦率变化的贡献率,识别出了对该动力总成悬置系统解耦布置影响较大的悬置静刚度参数。为确保悬置系统以较好地鲁棒性按照设计的固有频率和解耦率工作,必须将那些对悬置系统解耦布置鲁棒性影响较大的参数作为主要设计参数。

　　1　悬置系统固有频率和解耦率的计算方法

　　图1为一动力总成横置、前轮驱动的动力总成悬置系统的6自由度模型(3个平动和3个转动自由度)。在动力总成上建立一个动坐标系G0-XYZ描述动力总成的运动,原点G0位于动力总成质心,Y轴平行于发动机曲轴轴线方向并指向发动机前端,X轴水平指向汽车后方,Z轴垂直曲轴向上,该坐标系称为动力总成坐标系。悬置系统中的每个悬置简化成沿其三个弹性主轴方向具有刚度和阻尼的元件[4,5],悬置的三个弹性主轴方向相互垂直,分别用ui,vi和wi表示(i=1,2,…,n, n为悬置个数),以三个弹性主轴建立的坐标系称为悬置的局部坐标系。

　　2　悬置系统固有频率和解耦率鲁棒性的仿真分析