基于总动反力最小的动力总成悬置系统优化设计

目前动力总成系统振动控制方法很多：目前比较常规的悬置系统优化方法是能量解耦法，通过调节系统固有频率，使激励频率高于相应固有频率的√2倍，并尽量使各个振动模态解耦[1]，该方法主要是控制怠速频率以下的振动。而国外有文献针对飞机发动机悬置优化问题提出直接以减小悬置到机架传递力为目标，物理意义更明显，而且因为优化过程要计算振动响应，还可以对各个悬置的静态和振动幅值进行限制，但需要对激励力有准确的分析。

国内也有学者研究以基于总传递力或总动反力最小为目标的设计方法，该类方法能够保证较好地隔振性能，最近的文献请参考蒋伟康等人在振动与冲击中发表的《基于总传递力最小的发动机悬置系统优化设计》一文。文中对总动反力的定义公式见图1所示。

图1总动反力定义

本文给出一计算实例，以各悬置在局部坐标系下线性段的静刚度为设计变量，采用多目标遗传算法NSGII，得到各设计变量的最优值。经验证，优化后的悬置可满足发动机固有频率和能量分布的要求，且优化后悬置的总动反力小于优化前的动反力。并通过对新旧方案进行强迫振动响应分析对比，发现优化后悬置系统隔振性能得到了显著改善。 

1、研究车型悬置参数

本研究车型动力总成悬置系统特性分析和优化所需的相关参数可通过相应的测试和计算获得。表1为各悬置的主轴刚度；表2为各悬置点的位置坐标及安装角度。动力总成的质量是144.16kg，基于整车坐标系的动力总成转动惯量分别为Ixx=7.87、Iyy=4.01、Izz=6.58、Ixy=-0.6215、Iyz=1.398、Izx=-0.3466，单位为kg·m2。目标汽车采用动力总成前置前驱动型式。

表1原悬置系统主轴刚度（参考整车坐标系）

2、解耦计算及优化

将目标动力总成各参数代入动力学模型，利用Matlab软件编制程序进行解耦分析，可得到原悬置系统的固有频率和能量分布百分比如图2所示，同时可以算的在这组刚度下的总动反力F=524.5。

图2原方案解耦结果

由图可知，该系统RXX和RZZ解耦率稍低，编制MATLAB优化程序调用，ISIGHT进行优化（图3）。设置优化设计变量，本例只对刚度进行优化。把悬置各方向的刚度上下浮动15%作为优化范围。把主要方向的频率和解耦率最大以及总的动反力F最小作为优化目标，比如Z向及RYY方向解耦率大于90%，绕曲轴方向RYY模态在8-12HZ之间，得到优化结果与原方案的模态解耦率对比如表2所示。

图3确定性优化任务图

表2原方案及动反力最小方案对比

优化后的刚度见表3，优化后的总动反力F=425.5,比原方案降低了100N左右。

表3优化后的系统主轴刚度（参考整车坐标系）

为了验证优化结果，以表3的优化刚度对悬置系统进行频响分析，在动力总成质心处加载200N.M的扭矩，得到原方案和优化方案的动力总成位移、角位移，加速度和角加速度，以及三个悬置的支反力情况如图4和图5所示。

图4原方案频响分析结果

图5优化放哪频响分析结果

对比图4和图5，可知优化效果很明显，动力总成质心位移由原来的接近5mm降低到小于1mm，平动加速度也降了一个数量级，而角位移和角加速度两种相当。再看悬置支反力情况，左右悬置也有了明显下降，只是后悬置稍有增加。

从表2可知优化后固有频率分布更为合理以及解耦度的均有提高。因此以总动反力为最小为目标函数使系统固有频率和解耦度自动实现了最优的匹配。

以上分析及优化方法可以在IND4汽车人平台上学习我上传的课程基于Matlab+Isight的悬置系统优化设计（四）。

后续还有路面激励振动（IDLESHAKE）优化等课程，敬请期待！