发动机悬置系统隔振性能仿真与优化

    汽车发动机是造成汽车振动与噪声的主要激励源。其产生的振动经过悬置系统传递给车架，引起车身的振动。因而悬置系统隔振性能的好坏将直接影 响 汽 车 的 NVH(Noise、Vibration、Harshness) 水平[1, 2]。

    本文针对某款直列四缸柴油发动机怠速工况下振动过大的问题，以悬置刚度为参变量，以悬置支反力的振幅大小作为衡量隔振性能优劣的指标，仿真分析不同方向悬置刚度对系统隔振性能的影响规律，同时综合考虑发动机最大振动位移及固有频率分布范围的要求，进而确定合理的悬置刚度匹配方案，并对比原方案与优化方案对系统隔振性能的影响情况。

    1 动力总成悬置系统的建模与验证

    1.1 仿真模型的建立

    GT-CRANK 采用一维建模，模型所需模板包括：气缸压力、活塞、连杆、曲轴、发动机、弹簧、阻尼器、车架等。在工程区中定义各模板板相应的质量、几何尺寸、坐标位置、发动机转转速、阻尼、刚度等参数，主要参数如表1至3所示。

    模型使用曲轴坐标系，原点位于飞轮中心，Z轴沿曲轴方向，正向指向发动机动力输出端；Y轴在气缸平面内，指向上方为正；X轴按右手原则确定，且规定X轴正向为右侧。发动机采用4点悬置支撑，前悬置（靠近发动机自由端）关于Z轴对称布置，安装平面与机体顶面成30度角，向发动机内侧倾斜；后悬置也关于 Z 轴对称，安装平面与机体顶面平行。最终建立的发动机悬置系统仿真模型图1所示。

    1.2 仿真模型的验证

    通过GT-CRANK中所建的悬置系统虚拟样机模型，计算系统的固有频率。同时，利用表1至3的数据，在ADAMS软件中同样建立一个悬置系统的虚拟样机模型，利用其 Vibration 振动分析模块中的Normal Mode Analysis 功能进行固有特性分析，得到系统的六阶固有频率[3]。对比两款软件所计算的系统固有频率，如表4所示，可以发现系统各阶固有频率基本吻合，最大相差0.24 Hz，且各阶模态的主要振 动 方 向 也 保 持 一 致 。 因 此 ，可 以 认 为 该GT-CRANK 模型基本能够反映悬置系统的实际振动状况，仿真结果具有设计指导意义。

    2 优化目标及仿真方案的选择

    2.1 悬置支反力的振幅最小

    对悬置系统的隔振性能进行优化时，可以从不同的角度提出目标函数，常用的目标函数有：发动机悬置系统六自由度解耦、系统固有频率的合理匹配、系的振动传递率或悬置支反力的振幅最小[4]。以悬置支反力的振幅最小作为悬置系统隔振性能的优化目标，是积极隔离振动的重要出发点。因为可能导致发动机产生平移或旋转运动的力与力矩都是悬置支反力的函数，支反力振幅越小，说明其综合隔振效果越好。故本文以悬置支反力的振幅最小作为悬置系统隔振性能的优化目标。