一种动力总成悬置系统稳定性优化方法与流程

1.本发明涉及汽车领域，特别是动力总成悬置系统稳定性校核的计算方法。


背景技术：

2.随着汽车不断的普及，客户对于舒适性的要求越来越高，进而对于振动噪音的关注度也越发 敏感。动力总成悬置系统作为隔离发动机振动的核心部件，其性能好坏直接影响驾乘者的驾 驶体验感受。由于悬置属于橡胶类部件，其加工工艺的稳定性，使用过程中由于疲劳刚度的 损失等因素都会弱化悬置系统的作用，从而带来越来越明显的耦合振动及噪音。
3.一直以来，悬置系统稳定性校核分析一直没有有效的评估方式，往往只是初期计算达到目标 值就认为悬置系统是稳定的，忽略了刚度等敏感因素的波动性。如果后期悬置性能恶化或不 达只能通过更换零件来解决，耗费了很多不必要的资源，最主要没有从根本上给出基于随机 变量波动性的考虑，从而进行规避，更没有保证在悬置在正常的使用周期都能够提供稳定的 隔振性能。


技术实现要素：

4.本发明为解决悬置系统开发缺少稳定性校核的问题，提供一种动力总成悬置系统 稳定性优化方法。该方法通过建立理论模型，提取关键敏感参数变量，建立目标函数及 稳定裕度校核，实现了对随机变量波动的有效评估，改善了汽车悬置系统隔振性能的稳 定性，尤其是对批产零件无法保证质量一致性的一种重要计算评估方法。本发明的技术方案具体如下：
5.本发明的技术方案具体如下：
6.建立用于计算分析的悬置系统力学模型：包括动力总成质量m，质心坐标cx,cy,cz,总成测试 转动惯量及惯性积：jxx,jyy,jzz,jxy,jxz,jyz,左悬置弹性中心点坐标lx,ly,lz，右悬置弹 性中心点坐标rx,ry,rz,后悬置弹性中心点坐标tx,ty,tz,左悬置初始刚度lkx,lky,lkz, 右悬置初始刚度rkx,rky,rkz,后悬置初始刚度tkx,tky,tkz,动力总成参考坐标系角度 α，β，γ等参数。
7.根据左悬置刚度构造左悬置刚度矩阵按此方法构造右悬与后悬刚 度矩阵；
8.根据左悬置弹性中心与质心坐标构造位置矩阵：按此方法构造右悬与 后悬位置矩阵；其中lpx为弹性中心与质心差值。
9.根据左悬置安装角度构造角度矩阵：按此方法构造右悬与后悬角度矩阵； 根据参考坐标系到整车坐标系的变换，构造坐标变换矩阵c＝cos(n)，其中n为两坐标系角 度矩阵：
10.根据坐标变化矩阵，求得整车坐标系下转动惯量
11.j＝c*j'*c
t
……………………………………………………………………
公式1
12.其中为测试惯量构成的惯性矩阵；
13.通过求解构造各参数矩阵，可以求得系统总刚度矩阵
14.k＝plx
t
*tlx
t
*klx*tlx*plx pr x
t
*trx
t
*krx*trx*pr x ptx
t
*ttx
t
*klx*ttx*ptx
………………………………………………………………………………………
公式2
15.通过求得的转动惯量构造系统质量矩阵，
16.注意此矩阵维度为六行六列，其中m’为三行三列对角阵，元素都为m；
17.在系统分析振动问题时，因为阻尼只会降低共振峰值，对固有特性影响小，所以通常简化成 无阻尼自由振动系统，公式为
18.(t-be)q'＝0
……………………………………………………………………
公式3
19.其中t＝m-1
*k，b为方阵特征值，q'为方阵特征值对应的特征向量；
20.求解此方程，提取特征值构造频率矩阵
21.x＝[a,b,c,d,e,f]与特征向量矩阵w'，此为一一对应关系，其中x中包含w'中每一列数为 响应特征值对应的特征向量，特征向量矩阵w'为六阶方阵，例如取第一列向量构造 w1＝[a1,b1,c1,d1,e1,f1]作为一阶固有 (t-be)q'＝0,在得到系统特征值与特征向量后，可以进行耦合振动分析，悬置系统主要有 六阶模态，每一阶对应六个自由度的振动，若系统解耦性能好，当沿某一自由度和其他方向 自由度解耦时，其振动百分比达到最大，即解耦好。当悬置系统作j阶主振动时，最大能量 为
[0022][0023]
其中ωj为第j阶固有频率，为第j阶固有阵型向量。
[0024]
系统在第j阶固有频率下振动时，含有六个自由度振动，第k个方向上振动能量为
[0025][0026]
这样可以计算在第j阶固有频率下一共六个方向振动能量百分比，即解耦率，如下
[0027][0028]
此为系统解耦率目标函数，如果解耦率达到100％，说明在一个方向的自由振动没
有和其他方 向耦合，是非常理想的。
[0029]
系统解耦要有一定的要求，要进行判断分析：其振动主要方向会要求解耦率高些，不重要的 方向要求会低一些，如果匹配刚度不合适。要重新构造子刚度矩阵，进行再次验证，直到修 正到设计变量为最优值。
[0030]
贡献量分析：工程应用中，悬置橡胶在生产加工中往往存在一定刚度偏差，其不稳定波动给 调校带来非常大难度，根据以上目标函数，以每个悬置刚度作为变量，以基准刚度的
±
15％进 行随机波动，通过计算统计提取出从大到小的影响因子，提高调校效率。
[0031]
最后，基于变量随机波动，校核稳定性的波动情况，以3σ为质量水平(99％)标准，每个悬 置系统解耦目标值都有下限要求，当变量波动会使得合格率变小，通过系统正态分布概率计 算进行评价分析。
附图说明
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图1本发明系统稳定性校核流程图；
[0033]
图2悬置系统设计力学模型；
[0034]
图3基于变量随机波动贡献量分析图；
[0035]
图4基于系统变量随机波动对系统目标的质量评估图。
具体实施方式
[0036]
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本 发明进行进一步详细说明。注：以下所介绍的具体实施方式尽用来解释说明本发明的计算方 法，并不限定本发明。
[0037]
本发明稳定性校核分析所用的基本参数如下：
[0038]
左悬置刚度矩阵右悬置刚度矩阵后悬置刚度矩 阵
[0039]
动力总成质心坐标coor_cm＝[-217.513,21.08,167.66]*1e-3；
[0040]
左悬置硬点坐标l_mount_coor＝[-166.58,-452.05,295]*1e-3；
[0041]
右悬置硬点坐标r_mount_coor＝[-252.9,462.27,377.9]*1e-3；
[0042]
后悬置硬点坐标rear_mount_coor＝[-35.14,-56.3,-54.4]*1e-3；
[0043]
左悬置、右悬置、后悬置与车身安装角度均为0
°
；
[0044]
动力总成质量m＝210kg；
[0045]
动力总成转动惯量为[13.4,6.1,13.3,1.8,1.9,0.5]；
[0046]
通过计算，求得六阶解耦率以z向解耦率为例，decoup_z＝96.7％，此为 最优值，也是我们优化随机变量波动的均值；以此方法可以求得其他方向解耦率及模态频率。 当悬置三向刚度以
±
15％进行正态分布波动时，首先统计每个变量的贡献量，如图3所示， 并以百分比绘图，通过此图可以很好对零件有针对性的调校和修正；
[0047]
其次，其正态分布所围成的面积即是我们需要评价的指标，如图4所示，其不满足条件的概 率密度f(x)＝p{x≤0.85}＝0.008，所以当前系统稳定性为0.992，即99.2％，表示当随 机变量以
±
15％刚度波动时，对z向解耦率影响非常小，系统仍是稳定的；如果优化后指标 较低，应该重新调整刚度，以求得系统稳定。
[0048]
本发明创新在于创立了力学方程及系统分析目标函数，通过基于编程方法的计算统计能够对 悬置系统稳定性进行评价，这就为由于生产工艺或外界因素导致刚度波动问题得到了有效评 估。