基于Adams軟件的發動機右懸置總成優化設計

龍祖榮，程志謀，楊 紅，羅彥飛

（東風柳州汽車有限公司 技術中心，廣西 柳州 545005）

隨著人們生活水平的提高，對車輛舒適性能的要求也越來越高。發動機是車輛的一個主要振源，其振動經懸置系統傳遞至車身。所以懸置系統的設計，是汽車減振的關鍵因素之一。

在懸置系統設計過程中，根據發動機總成、主要激振力、安裝條件等因素，確定基本的設計參數，然后借助Adams建立虛擬樣機，實現在計算機上仿真復雜機械系統的運動和動力性能，計算出模態頻率和振型、解耦水平等，為我們設計、優化一個懸置系統，提供了高效的途徑。

1 發動機懸置系統設計

發動機懸置系統，包括發動機總成（發動機、變速箱）以及數個懸置元件，發動機總成通過懸置元件與車身相連。

發動機懸置系統的減振性能，受到多種設計因素的影響，主要有：

（1）剛度。懸置元件在3個彈性主軸方向上的（動、靜態）剛度；

（2）阻尼。懸置元件在3個彈性主軸方向上的（動、靜態）阻尼；

（3）布局。懸置元件的空間布局方式（位置坐標）；

（4）角度。懸置元件彈性主軸與動力總成質心坐標軸間的夾角；

（5）質量特性。動力總成的剛體質量、質心、轉動慣量及慣性積。

發動機懸置系統的設計，根據發動機總成的慣性參數及懸置系統的布局，通過匹配各懸置的剛度，來實現發動機缸體模態的解耦和模態頻率的合理分布。模態耦合將導致發動機總成的振幅加大，共振頻率范圍過寬，若模態頻率與激振力的頻率相近，將會導致共振。

2 Adams在設計優化中的工程應用

2.1 建模

某車型配備直列四缸渦輪增壓發動機，在發動機怠速時地板有較大的振動，因此需要對現有發動機懸置系統進行評價及改進。動力總成采用三點懸置，左、右懸置與車身縱梁連接，后懸置與副車架連接。發動機總成慣性參數如表1所示。

表1 發動機總成轉動慣量及慣性積

在多體動力學軟件Adams/View中建立發動機懸置系統動力學模型，假設發動機總成為剛體，而懸置簡化為一端固定在發動機上另一端固定到車架上的彈性體，具有沿3個軸線方向的線剛度和阻尼，在Adams軟件中，軸套（Bushing）工具也具有3個方向的線剛度和阻尼，因此可用軸套模擬橡膠懸置。車架視為剛體，軸套（Bushing）一端與發動機相連，另一端可直接與大地相連。在模型中給（Bushing）施加相同的三向剛度值，安裝位置參照實物如圖1所示。

圖1 動力總成懸置系統Adams模型

2.2 懸置優化計算

在模型中建立驅動力時，可以把發動機氣缸內燃氣壓力延拓為周期函數，這樣其他相關的力，用周期函數近似表達，就較好地模擬了實際發動機的工作狀況，可以獲取各個轉速下的往復慣性力和力矩。

發動機氣缸內燃氣溫度可達到900～1 000℃，對活塞的壓力3～5MPa。發動機轉速n=750 r/min。

通過以上分析，把數據代入公式可得：

由于該車型的發動機安裝位置、方式以及懸置軟墊的形狀已基本確定，結合車型的實際情況分析，靠發動機側的右懸置處的車身縱梁處振動比較大，所以懸置優化設計變量選擇右懸置剛度：

（1）右懸置總成Z方向的拉壓剛度；

（2）右懸置總成X方向的剪切剛度

（3）右懸置總成Y方向的剪切剛度。

從工況條件出發，依據有關振動理論并結合工程經驗，確定如下的優化設計約束條件：

一是懸置處發動機一側的位移動態響應幅度，不大于10 mm；

二是質心處的位移動態響應幅度，不大于5 mm；

三是為避免懸置動態頻率接近怠速頻率，Z向剛度不大于800 N/mm。

2.3 優化設計及結果分析

發動機懸置系統的評價指標，主要有懸置元件的振動衰減率是否滿足要求；振動的解耦程度是否滿足要求；模態頻率的分布是否滿足要求。第一個主要通過試驗來測得，故此，我們首先來分析后兩個因素。

發動機懸置系統的動力學模型，是一個空間六自由度的振動系統，沿X方向的運動稱為縱移，沿Y方向的運動稱為橫移，沿Z方向的運動稱為豎移，繞X軸的轉動稱為側傾，繞Y軸的轉動稱為俯傾，繞Z軸的轉動稱為橫擺。

對于實際的發動機懸置系統，其固有振型一般不是單一的沿上述6個方向的，而是沿著某幾個方向的運動合成，并且在發動機激振以后，還存在耦合振動，即同時存在2個以上的振型。

我們利用Admas/Linear、Admas/Vibaration振塊耦合程度分析和模態頻率分布分析，對發動機懸置系統進行分析，得到各個模態的固有頻率如表2所列。

表2 6個模態的固有頻率（Hz）

振型如圖2所示。

圖2 發動機懸置系統6個模態振型

6個模態中各個自由度的能量分布，如表3所列。

表3 優化后的發動機懸置系統六個模態中各個自由度的能量分布百分比（%）

發動機懸置系統的頻率分布在5～15 Hz，高于車身的垂直方向的頻率，又低于傳動系統的扭振頻率，是發動機懸置系統的合理頻率分布范圍，優化后右懸置的剛度如表4所列。

該懸置系統模態能量解耦狀況，總體上獲得了一定程度的提高，但由于受到約束條件的限制，懸置系統解耦還無法完全達到理想的效果。

根據計算結果開發新懸置軟墊，分別測量了懸置及車身的振動試驗數據，如表5所列。

從試驗結果對比可以看出，發動機怠速振動有了很大的改善。

3 結束語

汽車發動機懸置系統的設計，既是復雜的，又是重要的。本文通過利用Admas軟件，建立發動機懸置系統的空間六自由度的振動模型，在求解懸置系統主要振型和能量解耦的基礎上，優化懸置剛度，并根據優化后的剛度參數，開發懸置樣件；通過試驗驗證了新開發的懸置系統，更好地衰減了動力總成向車身的振動傳遞，為以后發動機懸置系統的優化設計及多目標優化計算，奠定了良好的基礎。

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