CN110956002A - 一种动力总成悬置系统解耦模型及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，包括动力总成悬置系统六自由度模型、内饰车身六自由度模型、悬架有限元模型和刚性单元，悬架有限元模型包括前悬架系统有限元模型和后悬架系统有限元模型，前悬架系统有限元模型通过刚性单元与内饰车身六自由度模型连接，前悬架系统有限元模型的驱动轴与动力总成悬置系统六自由度模型的动力总成通过刚性单元连接，动力总成悬置系统六自由度模型中的悬置点通过刚性单元与内饰车身六自由度模型连接，后悬架系统有限元模型通过刚性单元与内饰车身六自由度模型连接。本发明的解耦模型能较好地反映整车状态下动力总成悬置系统地解耦状态，还可以实现对悬置进行快速地优化，以满足解耦率目标。

Description

一种动力总成悬置系统解耦模型及其分析方法

技术领域

本发明属于汽车性能分析技术领域，具体涉及一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型及其分析方法。

背景技术

随着人们对汽车乘坐舒适性的要求不断提高，汽车的噪声、振动和不舒适性(NVH)已经成了汽车设计中的一个重要方面。汽车的振源主要来自于地面不平度和发动机激励所产生的振动。作为发动机和车身之间的隔振系统，动力总成的悬置系统性能对整车的NVH性能影响很大，特别是怠速定置工况下，动力总成为主要振动源，此时主要振动模式为活塞连杆机构和曲轴曲柄机构往复运动和旋转运动产生的力和力矩，以及由此力和力矩激发的动力总成刚体模态振动，频率分布通常在30Hz以内，基本覆盖了人体振动敏感频率段。因此，怠速工况下动力总成悬置系统的设计好坏直接影响整车振动水平和人体振动舒适性感受。研究表明，动力总成悬置系统能量解耦率是影响怠速振动的关键指标。

但是在现有的动力总成悬置系统能量解耦分析方法中，将车身看作是质量和刚度无穷大，且不考虑悬架系统的影响，从而将整车状态下的动力总成悬置系统解耦问题简化为动力总成刚体模型和悬置组成的六自由度解耦模型，并将该模型下的能量解耦率作为悬置设计的关键指标进行悬置优化。由于动力总成六自由度解耦模型没有考虑悬架、车身的影响，而整车刚体模态与悬架模态对动力总成刚体模态的影响很大，导致动力总成六自由度解耦模型获得的最优解耦率，并不能反映整车状态下的动力总成悬置系统解耦水平。因而通过该分析方法设计的悬置系统进行骡车匹配试验，实车状态怠速振动不甚理想的情况常有出现，从而要在骡车上进行多轮次的悬置调校，影响开发周期，增加开发成本。

因此，发明一种能有效反映动力总成悬置系统在整车状态下的解耦分布，且能快速地进行解耦率优化的新模型，是目前机车匹配和悬置开发需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，该模型一方面能较好地反映整车状态下动力总成悬置系统地解耦状态，另一方面可以实现对悬置进行快速地优化，以满足解耦率目标。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，包括动力总成悬置系统六自由度模型、内饰车身六自由度模型、悬架有限元模型和刚性单元，所述悬架有限元模型包括前悬架系统有限元模型和后悬架系统有限元模型，前悬架系统有限元模型通过刚性单元与内饰车身六自由度模型连接，前悬架系统有限元模型的驱动轴与动力总成悬置系统六自由度模型的动力总成通过刚性单元连接，动力总成悬置系统六自由度模型中的悬置点通过刚性单元与内饰车身六自由度模型连接，后悬架系统有限元模型通过刚性单元与内饰车身六自由度模型连接。

进一步的，所述前悬架系统包括前悬架轮系、前悬架制动组件、摆臂、前悬架驱动轴、转向系统轴系、稳定杆和减振塔组件，前悬架驱动轴和前悬架轮系装配在悬架上，轮胎接地连接。

进一步的，所述动力总成悬置系统包括动力总成框架、动力总成质心点、左悬置点、右悬置点和后悬置点，动力总成框架与前悬架驱动轴连接，左悬置点、右悬置点和后悬置点与内饰车身六自由度模型连接。

进一步的，所述后悬架系统包括后悬架拖曳臂、后悬架轮系、后悬架横梁、后悬架弹簧组件、后悬架减振塔组件和后悬架制动组件，后悬架轮系装配在后悬架横梁上，轮胎接地连接。

本发明还涉及一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型的分析方法，所述分析方法包括：

a.所述动力总成悬置系统六自由度模型中的动力总成用含有质量、质心、转动惯量/惯性积参数的刚体模型进行模拟，悬置用含有衬套刚度、位置信息的刚体模型进行模拟；

b.所述内饰车身六自由度模型的内饰车身用质量、质心、转动惯量/惯性积的刚体模型进行模拟；

c.所述悬架有限元模型中悬架采用有限元模拟，衬套刚度、轮胎刚度等参数按实测数据进行参数建模，其中轮胎与地面连接，使悬架系统有限元模型与实车悬架一致；

d.模型连接：悬置衬套主动端点与动力总成刚体模型连接，悬置衬套被动端点与内饰车身刚体模型连接，内饰车身刚体模型与悬架有限元模型是采用直接刚性连接模拟，形成整车刚柔混合的悬置解耦模型；

e.对整车刚柔混合的悬置解耦模型进行模态计算，识别出动力总成刚体的六个方向的模态及对应的主要振形，对结果进行后处理，得出动力总成悬置系统的解耦率；

f.针对不合格项，建立设计变量、约束条件、及优化目标进行优化运算。

进一步的，所述悬置用三向刚度的衬套模拟，动力总成参数赋值于动力总成质心点上，悬置刚度参数赋值于左悬置点、右悬置点和后悬置点上。

进一步的，所述内饰车身定义为整车去除与车身采用柔性单元连接的部件的车辆状态，即整车去除动力总成系统、主动侧悬置、悬架系统的车辆状态为内饰车身。

进一步的，所述内饰车身的质量、转动惯量、惯性积参数赋值于内饰车身质心点，将内饰车身质心模型与动力总成悬置系统、底盘悬架系统连接，动力总成与前悬架驱动轴连接。

采用本发明技术方案的优点为：

1、本发明的模型是基于整车模态分布，在合理考虑整车状态下各大系统对悬置系统解耦情况影响的前提下，进行整车动力总成悬置系统解耦模型的简化。简化模型不仅能进行快速地分析计算，而且分析结果相比目前的动力总成六自由度简化解耦模型，更加接近整车验证结果。

2、本发明模型的解耦收敛结果较目前的动力总成六自由度解耦模型收敛结果更优。因为现有动力总成六自由度解耦模型过于简单，未考虑悬架、车身系统对悬置解耦的影响；由于没有整车模态和悬架模态的耦合作用，优化结果很快收敛且容易满足解耦率目标，但使其快速收敛的设计参数在整车验证时的表现并不佳，表明此简化模型的解耦结果并不是较优解。本发明考虑整车模态和悬架模态对动力总成的耦合作用进行设计，得到的收敛结果使整车解耦表现更佳，更贴合整车解耦水平。

3、基于该模型设计的悬置系统较基于目前的动力总成六自由度解耦模型设计的悬置系统，实车悬置匹配结果更优，特别是对低频振动问题的改进，人体舒适性可获得较好改善，能减少骡车和工装样车的悬置匹配成本，缩短开发周期。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型示意图；

图2为本发明前悬架系统有限元模型示意图；

图3为本发明动力总成六自由度简化模型示意图；

图4为本发明后悬架系统有限元模型示意图。

上述图中的标记分别为：1-前悬架系统有限元模型，1-1前悬架轮系，1-2前悬架制动组件，1-3摆臂，1-4前悬架驱动轴，1-5转向系统轴系，1-6稳定杆，1-7减振塔组件，2-动力总成悬置系统六自由度模型，2-1动力总成框架，2-2动力总成质心点，2-3左悬置点，2-4右悬置点，2-5后悬置点，3-后悬架系统有限元模型，3-1后悬架拖曳臂，3-2后悬架轮系，3-3后悬架横梁，3-4后悬架弹簧组件，3-5后悬架减振塔组件，3-6后悬架制动组件，4-内饰车身六自由度模型，5-刚性单元。

具体实施方式

在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图4所示，一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，包括动力总成悬置系统六自由度模型2、内饰车身六自由度模型4、悬架有限元模型和刚性单元5，所述悬架有限元模型包括前悬架系统有限元模型1和后悬架系统有限元模型3，前悬架系统有限元模型1通过刚性单元5与内饰车身六自由度模型4连接，前悬架系统有限元模型1的驱动轴与动力总成悬置系统六自由度模型2的动力总成通过刚性单元5连接，动力总成悬置系统六自由度模型2中的悬置点通过刚性单元5与内饰车身六自由度模型4连接，后悬架系统有限元模型3通过刚性单元5与内饰车身六自由度模型4连接。本发明提供的解耦模型一方面能较好地反映整车状态下动力总成悬置系统地解耦状态，实现动力总成悬置系统解耦分析结果与整车状态下的分析结果误差较小，另一方面可以实现对悬置进行快速地优化，以满足解耦率目标。该模型区别于现有的动力总成悬置系统六自由度解耦模型，是基于整车模态分布结果，再合理考虑整车状态下各大系统对悬置解耦影响的前提下，对整车模型进行简化。

在现有的悬置解耦分析模型中，仅有动力总成悬置系统六自由度模型2，本发明的解耦模型搭载了前悬架系统1、后悬架系统3和内饰车身六自由度模型4，将动力总成悬置系统六自由度模型布置在整车简化模型上，体现了在整车状态下的悬置解耦分布。根据本发明提供的整车刚柔混合的动力总成悬置系统解耦模型，计算出解耦分布和解耦率，进行悬置刚度调节，优化解耦率。

前悬架系统包括前悬架轮系1-1、前悬架制动组件1-2、摆臂1-3、前悬架驱动轴1-4、转向系统轴系1-5、稳定杆1-6和减振塔组件1-7，前悬架驱动轴1-4和前悬架轮系1-1装配在悬架上，轮胎接地连接，前悬架制动组件1-2和减振塔组件1-7与前悬架轮系1-1连接。

动力总成悬置系统包括动力总成框架2-1、动力总成质心点2-2、左悬置点2-3、右悬置点2-4和后悬置点2-5，动力总成框架2-1与前悬架驱动轴1-4连接，左悬置点2-3、右悬置点2-4和后悬置点2-5与内饰车身六自由度模型4连接。

后悬架系统包括后悬架拖曳臂3-1、后悬架轮系3-2、后悬架横梁3-3、后悬架弹簧组件3-4、后悬架减振塔组件3-5和后悬架制动组件3-6，后悬架轮系3-2装配在后悬架横梁3-3上，轮胎接地连接，后悬架拖曳臂3-1连接在悬架横梁3-3上，后悬架弹簧组件3-4、后悬架减振塔组件3-5和后悬架制动组件3-6安装在后悬架轮系3-2上。

基于上述整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，本发明还提供了一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型的分析方法，该分析方法包括：

a.所述动力总成悬置系统六自由度模型2中的动力总成用含有质量、质心、转动惯量/惯性积参数的刚体模型进行模拟，悬置用含有衬套刚度、位置信息的刚体模型进行模拟；优选的，悬置用三向刚度的衬套模拟，动力总成参数赋值于动力总成质心点2-2上，悬置刚度参数赋值于左悬置点2-3、右悬置点2-4和后悬置点2-5上。

b.所述内饰车身六自由度模型4的内饰车身用质量、质心、转动惯量/惯性积的刚体模型进行模拟；其中，内饰车身定义为整车去除与车身采用柔性单元(如橡胶、衬套)连接的部件的车辆状态，即整车去除动力总成系统、主动侧悬置、悬架系统的车辆状态为内饰车身；内饰车身的质量、转动惯量、惯性积参数赋值于内饰车身质心点，将内饰车身质心模型与动力总成悬置系统、底盘悬架系统连接，动力总成与前悬架驱动轴1-4连接。

c.所述悬架有限元模型中悬架采用有限元模拟，衬套刚度、轮胎刚度等参数按实测数据进行参数建模，其中轮胎与地面连接，保证了悬架系统有限元模型与实车悬架的一致性。

d.模型连接：悬置衬套主动端点与动力总成刚体模型连接，悬置衬套被动端点与内饰车身刚体模型连接，内饰车身刚体模型与悬架有限元模型是采用直接刚性连接模拟，形成整车刚柔混合的悬置解耦模型。

e.对整车刚柔混合的悬置解耦模型进行模态计算，识别出动力总成刚体的六个方向的模态及对应的主要振形，对结果进行后处理，得出动力总成悬置系统的解耦率。

f.针对不合格项，建立设计变量、约束条件、及优化目标进行优化运算。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，其特征在于：包括动力总成悬置系统六自由度模型(2)、内饰车身六自由度模型(4)、悬架有限元模型和刚性单元(5)，所述悬架有限元模型包括前悬架系统有限元模型(1)和后悬架系统有限元模型(3)，前悬架系统有限元模型(1)通过刚性单元(5)与内饰车身六自由度模型(4)连接，前悬架系统有限元模型(1)的驱动轴与动力总成悬置系统六自由度模型(2)的动力总成通过刚性单元(5)连接，动力总成悬置系统六自由度模型(2)中的悬置点通过刚性单元(5)与内饰车身六自由度模型(4)连接，后悬架系统有限元模型(3)通过刚性单元(5)与内饰车身六自由度模型(4)连接。

2.如权利要求1所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，其特征在于：所述前悬架系统包括前悬架轮系(1-1)、前悬架制动组件(1-2)、摆臂(1-3)、前悬架驱动轴(1-4)、转向系统轴系(1-5)、稳定杆(1-6)和减振塔组件(1-7)，前悬架驱动轴(1-4)和前悬架轮系(1-1)装配在悬架上，轮胎接地连接。

3.如权利要求2所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，其特征在于：所述动力总成悬置系统包括动力总成框架(2-1)、动力总成质心点(2-2)、左悬置点(2-3)、右悬置点(2-4)和后悬置点(2-5)，动力总成框架(2-1)与前悬架驱动轴(1-4)连接，左悬置点(2-3)、右悬置点(2-4)和后悬置点(2-5)与内饰车身六自由度模型(4)连接。

4.如权利要求3所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型，其特征在于：所述后悬架系统包括后悬架拖曳臂(3-1)、后悬架轮系(3-2)、后悬架横梁(3-3)、后悬架弹簧组件(3-4)、后悬架减振塔组件(3-5)和后悬架制动组件(3-6)，后悬架轮系(3-2)装配在后悬架横梁(3-3)上，轮胎接地连接。

5.如权利要求1至4任意一项所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型的分析方法，其特征在于：所述分析方法包括：

a.所述动力总成悬置系统六自由度模型(2)中的动力总成用含有质量、质心、转动惯量/惯性积参数的刚体模型进行模拟，悬置用含有衬套刚度、位置信息的刚体模型进行模拟；

b.所述内饰车身六自由度模型(4)的内饰车身用质量、质心、转动惯量/惯性积的刚体模型进行模拟；

c.所述悬架有限元模型中悬架采用有限元模拟，衬套刚度、轮胎刚度等参数按实测数据进行参数建模，其中轮胎与地面连接，使悬架系统有限元模型与实车悬架一致；

d.模型连接：悬置衬套主动端点与动力总成刚体模型连接，悬置衬套被动端点与内饰车身刚体模型连接，内饰车身刚体模型与悬架有限元模型是采用直接刚性连接模拟，形成整车刚柔混合的悬置解耦模型；

e.对整车刚柔混合的悬置解耦模型进行模态计算，识别出动力总成刚体的六个方向的模态及对应的主要振形，对结果进行后处理，得出动力总成悬置系统的解耦率；

f.针对不合格项，建立设计变量、约束条件、及优化目标进行优化运算。

6.如权利要求5所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型的分析方法，其特征在于：所述悬置用三向刚度的衬套模拟，动力总成参数赋值于动力总成质心点(2-2)上，悬置刚度参数赋值于左悬置点(2-3)、右悬置点(2-4)和后悬置点(2-5)上。

7.如权利要求6所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型的分析方法，其特征在于：所述内饰车身定义为整车去除与车身采用柔性单元连接的部件的车辆状态，即整车去除动力总成系统、主动侧悬置、悬架系统的车辆状态为内饰车身。

8.如权利要求7所述的一种整车刚柔混合动力总成悬置系统解耦模型的分析方法，其特征在于：所述内饰车身的质量、转动惯量、惯性积参数赋值于内饰车身质心点，将内饰车身质心模型与动力总成悬置系统、底盘悬架系统连接，动力总成与前悬架驱动轴(1-4)连接。

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