0 引言

本文的研究对象是某皮卡动力总成悬置系统。对于开发阶段生成的车辆，做了相关的主观评价及客观测试，车辆升速工况下，并非三个悬置各个方向的隔振率均满足大于20 dB的要求，整车的NVH性能受到很大影响，需要对悬置系统进行优化设计。在ADAMS中建立了系统的简化模型，计算其固有特性包括固有频率、解耦率及振型。使用CAE方法对悬置支架进行了模态分析，得到其频率大于500 Hz，满足目标要求。最后以悬置支撑处响应最小为目标函数来对系统进行优化。

1 动力总成悬置系统建模

进行动力总成悬置系统动力学分析和优化设计时，需要建立其力学模型和数学模型。动力总成可以简化为一个具有三个平动和三个转动的刚体模型，如图1所示。

  

图1 动力总成悬置系统示意图Fig.1 Schematic diagram of powertrain mounting system

1.1 橡胶悬置元件的动力学模型

振动分析时简化其力学模型，并作如下假设：（1）忽略橡胶悬置的扭转弹性；（2）橡胶的各向刚度和损耗因子是常数。于是，可以把橡胶悬置简化成图2所示的三向弹簧、阻尼元件，其中，u、v 、w 为 3 个弹性主轴的方向，ku、kv 、kw 为3个弹性主轴方向的刚度，cu、cv 、cw 为3个主轴方向的阻尼，e为弹性中心。三个弹性主轴方向的动刚度一般为相应方向静刚度的1.2～2.2倍，即 Kd=(1.3～2.2)Ks 。

另外，系统启动后，在检测过程中，传感器是通过人在监测区域的移动，通过检测人体温度与检测区域温度的差值来判断是否有人进入。若有人在检测区域静止不动，人体温度和检测区域温度的差值，也就是说没有变化量的输出，传感器是不会有人进入的信号输出。热释电传感器功能特性如表2所示。

  

图2 橡胶悬置动力学模型Fig.2 Dynamic model of rubber mounting

对于单个悬置点，在局部坐标系e-uvw下，u、v和w方向上的力与其变形的关系式为

 

选取2016年11月～2017年11月在我院治疗的急性喉炎患儿40例作为研究对象。所有患儿家属均自愿加入本次研究，经过我院伦理委员会同意，并签定知情同意书。将其按照随机排列表法分为观察组与对照组，各20例，其中，观察组男11例，女9例，年龄2～4岁，平均年龄（3.3±0.25）岁，轻度症状6例，中度症状7例，重度症状7例；对照组男10例，女10例，年龄3～5岁，平均年龄（3.5±0.26）岁，轻度症状7例，中度症状7例，重度症状6例。排除合并其它严重疾病患儿，排除先天性呼吸功能障碍患儿。两组患儿年龄、性别、病情等一般资料对比，差异无统计学意义（P＞0.05）。

 

式中：{F}、{U}、[K]——悬置元件在其局部坐标系e-uvw中的反作用力、位移、刚度矩阵。

1.2 动力总成悬置系统的数学模型

动力总成悬置系统是一个复杂的多自由度振动系统，常用拉格朗日建立动力总成悬置系统的数学模型[1]。其数学模型的一般形式为式中：ET、EV、ED——系统振动时的动能、势能、耗散能；F——激振力。

如果这两个支架刚度无穷大时，那么悬置系统的刚度就是悬置元件的刚度。支架刚度不足会导致结构的共振，结构噪声将会传递到车厢内。

 

在CATIA软件中绘制出左、右和后悬置发动机支架三维模型，再将模型导入到Hyperworks中的Hypermesh模块中，进行几何清理，再进行四面体网格划分。经过网格划分得到三个支架的有限元模型如图4所示。

 

2 悬置支架CAE分析

悬置元件是动力总成的振动向车身传递的路径中的重要部分，悬置结构成分中频率不高的结构模态会影响到汽车振动性能。一般要求动力总成悬置系统的各个支架的一阶约束模态在500 Hz以上。在本文研究中，利用CAE手段来检验悬置支架的模态是否满足要求。

2.1 支架设计要求

一般动力总成和车身侧各有一个支架，支架—悬置—支架组成了隔振系统，也是振动传递的路径[2]，如图3所示。

98例肾损伤患者中有37例 （38%）联合使用了其他可能引起肾损伤的药物，其中阿米卡星17例，更昔洛韦18例，两性霉素B 12例，呋塞米4例，顺铂2例，部分人群合并有2种以上的药物。

隔振系统的刚度除了悬置元件的刚度，也取决于支架的刚度，隔振系统的刚度是串联起来的总刚度。

  

图3 支架-悬置-支架的模型Fig.3 Model of support,mounting and support

悬置系统的总刚度如下：

 

式中：KPT(w)——动力总成支架的动刚度；KM(w)——悬置的动刚度；KB(w)——车身支架的动刚度。

Dentsply Sirona公司在2003年就成功应用了PC和Ethercat端的Beckhoff控制技术。对此Daniel Roy说到：“首要任务是找到一种系统，可以无缝实现轴的控制且不使用另外的集成硬件，对第三方零件开放。我们当时只使用了PC端Beckhoff控制系统，这种具有SPS和NC功能的多合一自动化。带来的是高效化的Beckhoff IPC。故搭载4核处理器Intel Core i7硬件平台的总机PC C6920足够控制IM4P磨床——全部的4个机器模块，包括SPS功能下的工件处理以及集成的安全功效。”

悬置支架的设计应当遵循两个原则：

（1）悬置支架的一阶频率应大于500 Hz；

（2）支架刚度应当是悬置刚度的6～10倍。

利用ADAMS中的Vibration模块对悬置系统的模态频率进行计算，得到各阶的模态频率及能量分布矩阵如表1所示。

2.2 支架模态分析

最后将 ET、EV、ED、F代入得到系统振动的方程为

（3）约束条件

  

图4 悬置支架有限元模型Fig.4 Finite element model of mount bracket

通过CAE分析得出，左、右悬置和后悬置发动机支架的一阶模态频率分别为622.35 Hz、720.90 Hz和882.91 Hz，均大于500 Hz，满足支架设计模态要求。

3 动力总成悬置优化设计

动力总成悬置系统利用ADAMS的点坐标参数化方法进行建模。动力总成悬置系统的动力学模型如图5所示。

  

图5 动力总成悬置系统的动力学模型Fig.5 Dynamic model of powertrain mounting system

本文设计支架的时候，着重考虑了动力总成支架的一阶约束模态。

写成矩阵形式：

 

表1 六阶模态能量分布矩阵Tab.1 Six order modal energy distribution matrix

  

占优自由度 X Y Z RXX RYY RZZ固有频率/Hz 5.9 10.5 9.2 7.3 9.8 5.1 X 79.14 0.11 4.70 2.39 13.66 0.00 Y 0.01 69.14 0.86 1.17 0.11 28.70 Z 1.26 1.03 88.16 1.58 6.98 1.00 RXX 1.92 -1.55 0.07 96.93 0.98 1.66 RYY 17.53 0.60 3.59 0.01 78.09 0.19 RZZ 0.15 30.67 2.63 -2.08 0.19 68.45

为了达到隔振目的，约束频率上限为17 Hz。从表1看出，悬置系统的最大频率10.5 Hz出现在沿Y轴平动方向，最小频率5.1 Hz出现在绕Z轴转动方向，满足隔振的基本要求。该系统沿X轴平动和绕Z轴转动方向的固有频率差值为0.8 Hz，沿Z轴平动和绕Y轴转动方向的频率差值为0.6 Hz，绕Y轴转动和沿Y向平动方向的频率差为0.7 Hz，均小于1 Hz，可能发生耦合共振，需要改进。以支撑处动反力最小为优化目标，同时兼顾考虑主要方向即沿Z向和RXX向解耦率尽量大。

“五大改造”新格局的关键就是要将新理念、新思维具体贯彻到基层监狱，落实到每一个执法岗位。因此，要勇当排头兵，敢为先行者，积极推动监狱工作理念、模式和方法转型升级和职能回归，努力开创监狱工作发展的新局面。

（1）目标函数

本节将以悬置支撑处响应最小为目标函数来对系统进行优化，由于通常发动机怠速激励频率为低频激励，所以动力总成悬置系统最激烈的振动发生在怠速工况[3]。因此，在进行隔振优化设计时应重点考虑怠速工况下的悬置系统振动响应。所以，本节以怠速工况稳态时支撑处响应力最小为目标函数。该目标函数为

 

式中：n——悬置的个数；fix、fiy、fiz——怠速工况第i个悬置动反力的分量。

（2）设计变量

本文研究的悬置系统，左右悬置呈V形对称布置，后悬置为垂直布置，一般不需要调整。鉴于实际安装时空间位置的干涉影响，悬置的位置是不变的。因此，本节取两类变量，其一是取三个悬置在各自方向上的刚度值；其二是左右悬置的安装角度。本车型左右悬置的安装角度相同。原始系统的安装角度为50°，取变化范围为 40°～55°。

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T 20203-2006），计算灌溉系统的设计流量公式：

在以支撑处动反力最小为优化目标时，对固有频率做出限定是很有必要的[4]。本节优化设计时设定的刚度变化范围以及质心位移的约束条件与上节相同。

由于“光环效应”的影响，评估专业人员在从事业务尤其是招揽业务过程中，往往容易存在“拉大旗作虎皮”的现象，冒用他人名义从事业务，也有的评估专业人员允许他人以本人名义从事业务，这种现象的存在，扰乱了评估行业的管理秩序。为规范评估行业管理，本条第四项要求评估专业人员杜绝利益诱惑，守住“诚实守信”的底线，不得放任、允许他人以本人名义从事业务，也不得冒用他人名义从事业务。这一规定也明确了“挂名”属于评估专业人员禁止从事的行为，杜绝了评估专业人员在评估机构“挂名”的可能。

（4）优化分析

优化分析依据问题的类型，可以采取不同的优化算法。ADAMS/Insight实验设计主要研究哪些因素的影响比较大，并且还调查这些因素之间的关系；而ADAMS/Optimization优化分析着重于获得最佳的目标值。优化过程中，所选取的优化方法为序列二次规划方法SQP（Sequential Quadraticc Programming），该算法对于求解非线性约束优化问题是非常有效的。由于悬置系统优化是一个非线性优化问题，因此该方法适用[5]。优化后各悬置的刚度值如表2所示。

 

表2 优化后悬置主轴刚度Tab.2 Optimized mounting stiffness of the main shaft

  

悬置坐标系 u v w左悬置/(N/mm) 199.60 207.03 745.66右悬置/(N/mm) 153.18 195.40 755.99后悬置/(N/mm) 543.53 92.87 396.15

优化后的左右悬置安装角度为42°。本文研究的动力总成悬置系统，原系统的前悬置弹性中心点在扭矩轴上方，当减小左右悬置的角度，前悬置的弹性中心点会下降并接近扭矩轴上，从扭矩轴解耦的角度考虑，也会提高其解耦程度。

（5）优化结果分析

“是的。”田有园肯定地点了点头，她不说出口，他也知道她猜对了。“我第一次在你们单位门口见他时就觉得怪，有一种怎么也说不清楚的感觉，是熟悉还是害怕？我也说不清楚……后来我就打听了一下，发现……”

优化后的刚度计算动力总成的固有特性，对比优化前后系统的解耦率与固有频率如表3所示。

 

表3 优化前后固有频率与解耦率Tab.3 Natural frequency and decoupling rate before and after optimization

  

占优自由度 X Y Z RXX RYY RZZ固有频率/Hz优化前 5.9 10.5 9.2 7.3 9.8 5.1优化后 6.7 11.6 9.2 8.3 9.8 5.4解耦率/% 优化前 79.14 69.14 88.16 96.93 78.09 68.45优化后 80.20 66.80 94.62 93.38 79.23 65.01

由3表可以看出，优化后悬置系统的六阶模态的固有频率都在5.4～11.6之间，除Y、Z向之间的频率分布间隔为0.6 Hz，其他方向频率间隔均在0.9 Hz及以上，相比原始状态得到提升。优化后的动力总成悬置系统垂直方向（Z向）解耦率达到94.62%，绕曲轴方向（RXX向）解耦率达到93.38%，其他方向的解耦率与原始状态相当或略降低。由于优化目标是固有频率合理匹配的情况下，保证悬置处支反力最小，不能完全兼顾到各阶能量解耦率的提高[6]，总的来说优化结果能够接受。

但承受毁灭的，只能是他魏昌龙。截留治库资金的决定是他力排众议作出的，他偷偷请人做过坝体坚固、库表面排洪设施完善条件下，暂且搁置库区排渗设施更新的风险评估，得出的结论是不遇56年那样大的降雨，安全。有了这个底，他在办公会上一句“天佑陵矿”，盘子就定了。

求得怠速工况下，优化前后的悬置支撑处的动反力如图6所示。

一是建设三个水循环体系。为缓解平原河网水体水动力条件不足和南部地区缺少清水水源问题，张家港市先后投入近40亿元推进骨干河道改造工程建设，建成了中部水循环体系，东部、西部水循环体系正在建设之中。同步推进城乡二级河网与骨干河道的互连互通整治。二是大力实施水环境综合整治工程。大力推进河道周期性疏浚，积极开展黑臭河道治理和生态河道创建，强化各类河道保洁措施，大力推进“河长制”。三是实施河道蓝线控制。颁布和实施《张家港市河道蓝线管理办法》，对蓝线内的土地和水域实施严格管理。

对比图6可以得知，原始状态悬置系统支撑处的动反力均方根值为2 607 N，经优化后的悬置系统支撑处的动反力均方根值为2 418 N，减小了7.8%。

 

  

图6 优化前后悬置支撑处动反力之和Fig.6 The sum of dynamic reaction force at the suspension support before and after optimization（a）优化前 （b）优化后

4 结束语

本文基于隔振理论和动力总成悬置系统优化设计理论，以某皮卡的动力总成悬置系统为研究对象，建立了相应的数学模型、力学模型，对其固有特性进行了理论及实验分析。借助多体动力学软件ADAMS建立了动力总成悬置系统的模型，分析其固有特性，并根据优化设计理论确定目标函数，设计变量及约束条件对原始系统进行优化设计，且对比了优化前后动力总成系统的振动特性。

参考文献

[1]庞健,谌刚,何华.汽车噪声与振动-理论与用[M].北京:北京理工大学出版社,2006.

[2]Peter G,Klaus W,Kiran G,et al.NVH aspects of powertrain integration into the vehicle[J].MTZ World-wide,2002,63(6):14-17.

[3]郭荣,章桐.汽车动力总成悬置系统[M].上海:同济大学出版社,2013.

[4]张超.车辆动力总成悬置系统匹配优化仿真研究[D].重庆:重庆交通大学,2011.

[5]唐静.动力总成悬置系统动态解耦方法的研究[D].广州:华南理工大学,2010.

[6]陈齐.发动机悬置系统的模拟仿真与优化[D].太原:中北大学,2014.