动力总成悬置系统设计案例

汽车动力总成悬置系统设计案例目录一、动力总成悬置系统设计案例一二、动力总成悬置系统设计案例二三、动力总成悬置系统设计案例三四、动力总成悬置系统稳健优化一、动力总成悬置系统设计案例一某商用车动力总成悬置系统模型（四个橡胶悬置）纵置动力总成悬置系统（1）悬置系统参数•设计目标：6个自由度方向解耦率最大•设计约束：6个自由度方向频率范围；相邻频率间隔大于1.0Hz•设计变量：4个橡胶悬置的三向刚度（2）优化设计（3）优化设计结果•预位移对比优化后，各个悬置沿主承载方向的预位移较优化前更加合理。（3）优化设计结果•解耦率对比优化后，各自由度解耦率（对角线数值）较优化前有较大幅度提高。（3）优化设计结果•各悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应对比（发动机怠速工况）前左悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应(虚线为优化后，实线为优化前)动反力降低（3）优化设计结果•各悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应对比前右悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应(虚线为优化后，实线为优化前)动反力降低（3）优化设计结果•各悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应对比后左悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应(虚线为优化后，实线为优化前)动反力降低（3）优化设计结果•各悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应对比后右悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应(虚线为优化后，实线为优化前)动反力降低横置动力总成悬置系统动力总成悬置系统六自由度分析模型（3个橡胶悬置）二、动力总成悬置系统设计案例二•设计目标：6个自由度方向解耦率超过指定下限；6个固有频率配置在指定范围；•设计约束：各悬置刚度的压剪比；•设计变量：3个橡胶悬置的三向刚度3个橡胶悬置的安装位置（2）优化设计（3）优化模型悬置刚度压剪比约束：目标函数：频率配置要求范围解耦率要求下限（4）优化结果优化后的悬置系统固有频率和解耦率（5）悬置优化前后系统隔振性能对比怠速ACOFF悬置隔振量（优化后）怠速ACOFF悬置隔振量（优化前）优化后怠速ACOFF悬置隔振量在3个方向都有较大幅度提升（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比怠速ACON悬置隔振量（优化后）怠速ACON悬置隔振量（优化前）优化后怠速ACON悬置隔振量在3个方向都有较大幅度提升（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化前）升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化前）升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化前）升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化前）升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化前）升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比升降速工况悬置隔振量（优化前）悬置优化后，变速箱悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比升降速工况悬置隔振量（优化前）悬置优化后，变速箱悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比升降速工况悬置隔振量（优化前）悬置优化后，变速箱悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比升降速工况悬置隔振量（优化前）悬置优化后，后悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比升降速工况悬置隔振量（优化前）悬置优化后，后悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化后）（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比升降速工况悬置隔振量（优化前）悬置优化后，后悬置Z向隔振量增大且稳定。升降速工况悬置隔振量（优化后）原悬置系统的固有频率、能量分布1stmodel2ndmodel3rdmodel4thmodel5thmodel6thmodel三、动力总成悬置系统设计案例三目标函数：设计变量：61...61()maxipjijiObjectaT优化模型约束条件：刚度约束位置约束优化后悬置系统的固有频率和能量分布：1stmode2ndmode3rdmode4thmode5thmode6thmode严格约束条件（不改变发动机舱布置）刚度约束位置约束优化后悬置系统的固有频率和能量分布：1stmode2ndmode3rdmode4thmode5thmode6thmode优化效果验证左悬置后悬置总结：案例四、动力总成悬置系统稳健优化1、动力总成悬置系统模型汽车动力总成悬置系统六自由度分析模型动力总成悬置系统的设计要求：1.每个悬置在其3个弹性主轴方向的线刚度应满足动力总成固有频率和解耦率的要求；3个方向上的力—位移非线性特性，应能有效控制在汽车的各种行驶工况下（典型工况和极限工况）动力总成的运动位移。2.悬置系统在某一频率点附近（一般对应动力总成在垂直方向和绕曲轴扭转方向的振动频率）应具有大阻尼，以衰减由于路面的激励或输出扭矩的波动而引起的动力总成的振动。3.在发动机高频、小振幅激励下，悬置应具有小刚度，以隔离发动机的激励向车身或副车架传递，减少车内噪声。2、动力总成参数3、确定性优化模型iiidRatiow61min16665.1155.1016465.935.816261616..FreFreFreFreFreFretsdRatioYawhdRatioPitcdRatioRolldRatioZdRatioYdRatioXts85.085.085.085.085.085.0..5141312111..FreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrts)12,,1(05.195.0)12,,1(15.185.0)2,1(13545..0000iposposposistiffstiffstiffiangletsiiiiiioio频率约束的确定（以发动机横置为例）：X方向：应保证汽车在制动工况时动力总成在此方向不发生较大的窜动。Y方向：发动机在Y方向没有激励，但应保证汽车在转弯工况时动力总成在此方向不发生过大的移动。Z方向：Z方向与绕Y方向可能存在振动耦合，应使Z方向固有频率取的低些；Z方向频率还应避开前桥和车身垂直跳动固有频率（一般为5~6Hz）。绕X方向：必须远离汽车侧倾固有频率。绕Y方向：应该低于发动机扭矩波动频率的0.71倍。绕Z方向：易与绕Y方向的振动耦合，从隔振角度看，其固有频率应取低些；动力总成的摆尾振动常和整车在转向盘转角激励下而产生的低频振动耦合，因此绕Z方向频率应避开这一转向振动频率。注：应根据具体问题确定各频率的约束范围。确定性优化模型的缺点：确定性优化是在假定悬置系统的刚度是完全可控的前提下进行的优化设计,即不考虑不确定因素对系统的影响,但是在实际生产中悬置的主刚度会在一定的范围内波动,很难从工艺上保证设计刚度的精确程度；确定性优化的最优解通常位于一个或多个约束的边界，当最优设计发生波动时，很可能超出约束边界进入不可行域而使设计实效。因此，确定性优化方法虽然在理论上获得了最优解，却不能满足设计的稳健性要求。因此考虑悬置刚度的波动或不确定性对优化设计的影响是实际应用中应该解决的重要问题。稳健优化不仅要使目标性能最优，并且要降低目标性能和约束性能对设计变量的灵敏度。设计质量可以用约束性能对约束条件的满足程度和目标性能对不确定性设计变量的灵敏度大小来衡量。若系统性能为随机量，则设计质量与性能的西格玛水平有关（西格玛为标准差），可以衡量一组数据关于其均值的离散程度。确定性优化和稳健优化的原理4、稳健优化模型])[][(min61iiiiidRatiovdRatiow]6[616]6[]6[66]5[65.11]5[]5[65.10]4[616]4[]4[66]3[65.9]3[]3[65.8]2[616]2[]2[66]1[616]1[]1[66..FreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFreFrets][][685.0][][685.0][][685.0][][685.0][][685.0][][685.0..dRatioYawdRatioYawhdRatioPitchdRatioPitcdRatioRolldRatioRolldRatioZdRatioZdRatioYdRatioYdRatioXdRatioXts]5[]5[61]4[]4[61]3[]3[61]2[]2[61]1[]1[61..FreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrFreConstrts)12,,1(05.195.0)12,,1(15.185.0)2,1(13545..0000iposposposistiffstiffstiffiangletsiiiiiioio5、优化前（优化变量：刚度、位置、方位）6、优化后优化结果的分析：确定优化和稳健优化结果的蒙特卡罗分析：蒙特卡罗分析时，假设悬置最优刚度服从正态分布，变异系数为0.03（相当于最优刚度有±9%的波动范围）。确定优化结果的蒙特卡罗分析稳健优化结果的蒙特卡罗分析确定性优化稳健优化解耦率解耦率均值标准差变异系数变化范围解耦率均值标准差变异系数变化范围X97.43750.640.657%3.51497.92360.5720.584%3.236Y91.9910.6170.671%1.10992.31580.58340.632%1.02Z91.33862.6352.885%4.08791.94392.33392.538%3.975Roll98.3510.15380.156%4.21698.6910.13180.133%3.585Pitch90.4960.5451380.602%19.06991.85360.4920.536%15.135Yaw91.292.9543.236%17.05691.40292.63142.879%13.89通过比较可知，6西格玛优化得到的解耦率变异系数小于确定性优化，并且变化区间也比确定性优化结果窄，表明6西格玛优化结果稳健性更好。7、结论•稳健优化设计方法，目的是在设计阶段就考虑各种不确定因素对动力总成悬置系统的固有频率、解耦率的影响，在得到最优设计的同时，能较大幅度地提高悬置系统设计的稳健性。设计变量的不确定性由它们的名义值加、减一个摄动量或名义值的一个百分比来表征。•总体来看，稳健优化约束条件的sigma水平比确定性优化要高一些，表明稳健最优设计比确定性最优设计具有更好地稳健性。