ADAMS-Vibration模块在悬置系统振动性能分析中的应用

ADAMS/Vibration模块在悬置系统振动性能分析中的应用

一、动力总成悬置系统的建模

1) 动力总成的主要参数

a) 动力总成的质量

b) 质心位置

c) 动力总成的转动惯量、惯性积

d) 发动机的参数，如发动机在怠速、最大扭矩、额定转速工况下的转速、输出扭矩等。

2) 悬置系统的主要参数

a) 悬置点坐标

b) 悬置刚度

c) 阻尼

d) 安装角度。

图1 动力总成质量特性参数输入

图2 ADAMS动力总成悬置系统示意图

根据动力总成和悬置系统的质量特性参数、几何特性参数、力学特性参数输入，在ADAMS/view中建立动力总成悬置系统虚拟样机模型。

二、动力总成悬置系统的分析

评价悬置系统性能主要从系统的避频、解耦、限位、隔振率等几个方面考察。分为时域、频域下激励信号输入分析。

1) 悬置系统固有频率分析

在ADAMS/Vibration模块下对动力总成悬置系统进行振动模态分析。

图3 模态分析对话框

经仿真分析得到动力总成刚体六阶模态固有频率，如下表所示。表中第二列为系统无阻尼固有频率，它是把系统看作保守系统的前提下得到的，即系统没有阻尼；第三列为系统的阻尼比，也叫相对阻尼系数，即系统阻尼系数与临界阻尼的比值。

图4 模态分析固有频率分布表

根据发动机隔振理论，发动机激振频率与系统固有频率之比大于√2，才能起到隔振的效果；不平路面的激励频率是客观存在，一般小于2.5HZ。

2) 悬置系统振动模态能量解耦分析

能量解耦法是从能量的角度来解释发动机总成悬置系统的振动解耦。如果发动机总成悬置系统作某个自由度的振动，而其他自由度是解耦的，那么系统的振动能量只集中在该自由度上。从能量角度来说，耦合就是沿着某个广义坐标方向的力(力矩)所作的功，转化为系统沿多个广义坐标的动能和势能。

采用能量法解耦的依据是, 当系统在作某个方向的振动而和其它方向解耦时, 则能量只集中于该自由度方向上。

1.工程上，某一频率下，某向模态能量达到85%以上，此向模态与其它模态解耦程度即视为满意；

2.工程上，发动机主要振动方向，垂直方向，横向转动方向，解耦度达到90%以上，即可视为完全解耦。

图5 各阶模态振型不同自由度方向的能量分布表

3) 悬置系统振动响应及传递特性分析

动力总成悬置系统在怠速、最大扭矩、额定转速工况下的振动响应分析，包括悬置的变形、悬置支撑反力和动力总成质心处的运动响应计算，以及悬置系统传递率分析。通过动力分析可以直观地给出在所关心的频率范围内，系统的隔振效果和各悬置所受动态力的情况。

图6 悬置在z向的位移量

振动传递率是判断悬置系统隔振性能优劣的一个重要指标，它反映了整个动力总成悬置系统的隔振水平。过大的振动传递率将导致车架和驾驶室的剧烈振动，整车的平顺性和舒适性恶化，甚至导致悬置系统元件寿命降低。

选取在怠速时X方向上的振动传递率进行分析，计算公式为:

三、动力总成悬置系统振动性能优化分析

发动机动力总成悬置系统的优化设计内容包括三个方面:设计变量、目标函数以及约束条件，这三个方面的内容直接影响到优化设计方案的质量和设计难度，甚至直接关系到优化设计的最终结果。

目标函数：

a) 发动机悬置系统六自由度解耦或部分解耦；

b) 悬置系统固有频率的合理配置；

c) 系统的振动传递率或支撑处动反力最小。

设计变量：

a) 悬置刚度

b) or悬置阻尼

c) or安装位置

d) or安装角度

约束条件

在优化设计过程中，对于设计变量的选取常加以某些限制或给出一些附加的设计条件，这种限制条件就称为设计约束，即优化设计的约束条件。由于约束条件的存在，使得在优化设计过程中，求解满足设计约束条件的设计点的工作难度加重。

图7 设计变量设定对话框

图8 目标函数设定对话框

图9 优化分析对话框

运行设计研究，分析各个设计变量对目标函数值影响的灵敏度。

能量解耦率灵敏度分析，确定影响主振型方向能量解耦率的悬置刚度变量。

运行Optimization，以发动机垂直方向振动、俯仰方向振动、侧倾方向振动模态能量解耦率为优化目标，确定最优的悬置刚度配置。

通过模态能量解耦率优化确定的刚度匹配，检验固有频率是否满足隔振的要求，如果不满足固有频率的要求，重新进行优化分析，如此循环直至最优。