发动机测试台动力总成悬置系统优化设计

论文摘要

汽车发动机振动是影响汽车舒适性和NVH性能的一个至关重要的因素,而汽车发动机振动主要又是由两部分原因所引起的,一方面是路面激励通过悬架传递到发动机而引发的振动,另一方面是发动机在工作时自身气体压力引发的激振。随着道路路面质量的不断提高和汽车悬架系统的不断改进,路面随机激励对汽车发动机振动的影响只会越来越小,因此有效降低和隔离发动机所引起的汽车发动机振动已经成为汽车设计领域内备受关注的研究课题。本文以配备了某款VM发动机的测试台为研究对象,以减小和隔离发动机动力总成的振动为研究目标,对测试台动力总成悬置系统进行优化设计,以降低发动机测试台的振动和噪声,从而改善测试台的实验环境。主要对发动机测试台展开了以下几个方面的研究。首先,依据悬置系统设计原则并结合本测试台实际情况完成了悬置系统的初步设计,运用三维建模软件SolidWorks建立了发动机动力总成的三维刚体结构模型,并导入到机械系统动力学分析软件ADAMS中应用机械系统动力学理论建立了发动机动力总成悬置系统的动力学振动模型,并采用数学手段建立了悬置系统的振动数学计算模型。其次,根据发动机气体燃烧冲击及惯性不平衡等因素计算并模拟了VM发动机的激励,同时利用实验测试手段检测出了橡胶悬置元件在相关频率范围内的刚度系数和阻尼系数,并在ADAMS中对发动机动力总成悬置系统在怠速工作时的强迫振动情况进行了动力学仿真分析,同时在发动机测试台各悬置点上布置加速度传感器检测测试台的实际振动情况,将动力学仿真结果与实验测试数据进行比较分析验证了所建物理数学模型的合理性。最后,保持发动机动力总成悬置系统的激励和约束不变,在ADAMS模型中改变悬置系统的悬置点数目、坐标位置、刚度以及阻尼等一些参数,以减小发动机动力总成悬置系统的振动为目标,在ADAMS中对动力总成悬置系统各悬置参数进行目标优化,计算得出最优的悬置系统布置方案,然后在ADAMS中模拟动力总成悬置系统优化后的振动情况,并与优化前的振动情况进行比较对优化方案进行了评价。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 发动机悬置元件发展综述
• 1.2.2 悬置系统优化技术研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 悬置系统振动模型的建立
• 2.1 发动机测试台悬置系统初步设计
• 2.1.1 悬置系统的布置
• 2.1.2 悬置元件设计
• 2.2 悬置系统物理模型的简化
• 2.2.1 发动机动力总成结构模型
• 2.2.2 悬置元件的动力学模型
• 2.2.3 悬置系统动力学振动模型的建立
• 2.3 悬置系统数学模型的建立
• 2.3.1 悬置系统的动能
• 2.3.2 悬置系统的势能
• 2.3.3 悬置系统的耗散能
• 2.3.4 悬置系统的数学模型
• 第3章 悬置系统振动动力学仿真分析
• 3.1 ADAMS动力学仿真分析方法
• 3.1.1 ADAMS软件简介
• 3.1.2 ADAMS仿真分析模块
• 3.1.3 ADAMS动力学仿真方法
• 3.2 怠速下发动机激励的确定
• 3.2.1 离心惯性力的分析
• 3.2.2 往复惯性力的分析
• 3.2.3 连杆力偶的分析
• 3.2.4 倾覆力矩的分析
• 3.3 悬置元件刚度和阻尼的检测
• 3.3.1 检测原理
• 3.3.2 检测方案
• 3.3.3 数据处理计算
• 3.4 怠速下悬置系统振动仿真
• 3.4.1 仿真模型的创建
• 3.4.2 模型测试与检验
• 3.4.3 仿真结果及分析
• 第4章 悬置系统振动模型的实验验证
• 4.1 实验测试方案
• 4.1.1 基于LabVIEW的测试系统
• 4.1.2 振动传感器选型
• 4.1.3 数据采集VI程序设计
• 4.1.4 测试数据采集
• 4.2 数据处理与分析
• 4.2.1 数据处理
• 4.2.2 结果分析
• 第5章 悬置系统优化设计
• 5.1 悬置系统优化设计方法
• 5.1.1 机械优化设计一般过程
• 5.1.2 最优化问题基本模型
• 5.1.3 优化设计计算方法
• 5.2 悬置系统优化数学模型的建立
• 5.2.1 设计变量
• 5.2.2 目标函数
• 5.2.3 约束条件
• 5.3 基于ADAMS的悬置系统优化设计
• 5.3.1 初步优化计算
• 5.3.2 深度优化设计
• 5.4 优化设计方案评价
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附:作者在攻读硕士期间发表的论文