動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)振動(dòng)和噪聲影響研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)振動(dòng)和噪聲影響研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：影響汽車乘坐舒適性的兩個(gè)重要指標(biāo)為車內(nèi)振動(dòng)和噪聲。動(dòng)力總成工作時(shí)產(chǎn)生的激勵(lì)經(jīng)過懸置系統(tǒng)，傳遞到車內(nèi)，引起車內(nèi)振動(dòng)和噪聲。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是汽車重要的隔振系統(tǒng)之一。本文主要介紹了懸置系統(tǒng)對(duì)整車NVH性能影響，車內(nèi)噪聲及振動(dòng)產(chǎn)生，懸置系統(tǒng)分析及測(cè)試方法懸置系統(tǒng)優(yōu)化等研究。

關(guān)鍵詞：車內(nèi)振動(dòng)；車內(nèi)噪聲；懸置；優(yōu)化

前言：

汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的好壞將直接影響到汽車乘坐舒適性，良好的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)可以減少振動(dòng)向駕駛室的傳遞，從而降低車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生，提高汽車的NVH性能。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的影響研究是汽車減振降噪研究的重要環(huán)節(jié)之一。

1概述

目前評(píng)價(jià)汽車乘坐舒適性的主要性能指標(biāo)是NVH，它主要通過振動(dòng)、噪聲和聲振粗糙度三方面來(lái)評(píng)價(jià)汽車的性能。其中振動(dòng)與噪聲是最重要的兩個(gè)指標(biāo)。駕駛室內(nèi)的振動(dòng)和噪聲給乘客的感覺最直接。振動(dòng)和噪聲不僅影響乘客的乘坐舒適性，造成駕駛員疲勞駕駛，還會(huì)影響駕駛員對(duì)汽車的操縱性和行駛平順性等。因此各大汽車企業(yè)和學(xué)者也逐漸將NVH性能的研究作為整車研究的重心之一。

動(dòng)力總成通過彈性元件與車身連接的系統(tǒng)稱為汽車的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的周期性振動(dòng)和路面產(chǎn)生的激振力，通過懸置系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)傳遞到車身（車架），引起車內(nèi)的振動(dòng)和噪聲，從而使駕駛員和乘客產(chǎn)生疲憊和不適。

2車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生

2.1動(dòng)力總成振動(dòng)引起車內(nèi)振動(dòng)和噪聲

汽車怠速或低速行駛時(shí)，車內(nèi)振動(dòng)和噪聲主要來(lái)源于動(dòng)力總成，動(dòng)力總成工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，經(jīng)過懸置系統(tǒng)，傳遞到車身或車架，引起車身壁板振動(dòng)，并向車內(nèi)輻射噪聲，從而產(chǎn)生車內(nèi)振動(dòng)和噪聲；汽車高速行駛時(shí)，車內(nèi)振動(dòng)和噪聲一部分來(lái)源于動(dòng)力總成振動(dòng)，另一部分來(lái)自于路面和外界環(huán)境的激勵(lì)。在有限元理論的基礎(chǔ)上，通用汽車公司開始使用有限元分析軟件NASTRAN進(jìn)行車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的研究，并取得了成功。隨后，ANSYS仿真軟件依靠可靠高和穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，被應(yīng)用于噪聲振動(dòng)分析中。近年來(lái)，車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的研究主要采用實(shí)驗(yàn)與信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合的方法。即通過試驗(yàn)的方法，使用聲壓計(jì)、振動(dòng)加速度傳感器等設(shè)備，進(jìn)行車輛振動(dòng)和噪聲信號(hào)采集，利用信號(hào)處理方法，分析車內(nèi)振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的原因。主觀評(píng)價(jià)法是最簡(jiǎn)單的車內(nèi)振動(dòng)和噪聲研究方法，主要是依靠人的主觀感受來(lái)評(píng)價(jià)車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的大小。

隨著計(jì)算機(jī)科技和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)值計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)與信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合等研究方法應(yīng)用到車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的研究中，這些研究方法大大降低了車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生，提高了汽車乘坐舒適性。

2.2車內(nèi)振動(dòng)的產(chǎn)生

汽車車內(nèi)振動(dòng)和噪聲的大小給乘員的感受是最直接的。車內(nèi)振動(dòng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)和各個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)懸置元件傳遞到車身，引起車身振動(dòng)，從而引起壁板振動(dòng)，再傳遞到車內(nèi)引起的振動(dòng)，另一個(gè)是路面不平激勵(lì)通過輪胎和懸架系統(tǒng)傳遞到車身，引起壁板振動(dòng)，再傳遞到車內(nèi)，引起車內(nèi)振動(dòng)怠速。

2.3車內(nèi)噪聲的產(chǎn)生

車內(nèi)噪聲主要來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲、車身車架振動(dòng)噪聲、各個(gè)系統(tǒng)工作噪聲和風(fēng)噪聲等。按照傳遞方式的不同，車內(nèi)噪聲主要可分為兩類：以發(fā)動(dòng)機(jī)為主體的動(dòng)力總成和各個(gè)機(jī)械系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，經(jīng)過懸置元件的衰減傳遞到車身和車架，引起車身壁板的振動(dòng)，路面不平激勵(lì)和輪胎的不平衡力通過輪胎和懸置元件直接或間接的傳遞到車身，引起汽車內(nèi)外部件的振動(dòng)，并向駕駛室輻射噪聲，稱為結(jié)構(gòu)噪聲。

結(jié)構(gòu)噪聲一般產(chǎn)生在5-300Hz的低頻段；發(fā)動(dòng)機(jī)與各個(gè)機(jī)械系統(tǒng)在工作過程中輻射的噪聲和外部噪聲通過車身板件及門窗孔隙直接傳入車內(nèi)的噪聲稱為空氣噪聲。車身結(jié)構(gòu)密封的好壞將直接影響車內(nèi)噪聲的大小。當(dāng)汽車怠速或低速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)是車內(nèi)噪聲的主要來(lái)源。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，風(fēng)激勵(lì)噪聲成分很大，特別是當(dāng)車速達(dá)到100km/h時(shí)，風(fēng)噪聲對(duì)車內(nèi)噪聲的產(chǎn)生有很大的影響。

3動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化

3.1設(shè)計(jì)變量

由于實(shí)際限制，一般動(dòng)力總成本身物理參數(shù)如質(zhì)量、慣量等通常難以改變，支承位置和安裝角度受到其他器件和空間的限制，也很難改變。所以只以4個(gè)懸置元件的u向、v向、w向的剛度k=（kiu，kiv，kiw）（其中i=1，2，3，4）為設(shè)計(jì)變量，故共有12個(gè)設(shè)計(jì)變量。

3.2目標(biāo)函數(shù)

3.2.1能量解耦

系統(tǒng)在作某階固有頻率振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)占優(yōu)方向所占的振動(dòng)能量百分比Pil其值越大，系統(tǒng)解耦程度越高。因此系統(tǒng)的能量解耦目標(biāo)函數(shù)可確定為

式中，wi為第i階頻率的加權(quán)因子?？紤]到發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)主要集中在垂直方向和繞曲軸旋轉(zhuǎn)方向上，因此優(yōu)化過程中將這兩個(gè)方向的加權(quán)因子都取為5，其余取1。

3.2.2車內(nèi)振動(dòng)

根據(jù)優(yōu)化前車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)振動(dòng)情況，將工況下整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍分為3個(gè)部分，每部分給予不同的加權(quán)因子，將車內(nèi)所有目標(biāo)點(diǎn)各方向振動(dòng)平均水平綜合在一起考慮，確定目標(biāo)函數(shù)為

式中，r1、r2、r3、r4為車輛定置升速過程中所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，wj為對(duì)應(yīng)于車內(nèi)第j個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的加權(quán)因子?？紤]到車內(nèi)駕乘人員對(duì)轉(zhuǎn)向盤和座椅導(dǎo)軌振動(dòng)主觀感受明顯，優(yōu)化過程中將車內(nèi)轉(zhuǎn)向盤、主副駕座椅導(dǎo)軌這3個(gè)考察目標(biāo)點(diǎn)的加權(quán)因子取為5，其余目標(biāo)點(diǎn)取為2。結(jié)合優(yōu)化前實(shí)測(cè)目標(biāo)點(diǎn)振動(dòng)情況，將轉(zhuǎn)速范圍的前一段加權(quán)因子wf取為3，中間一段加權(quán)因子wm取為2，后一段加權(quán)因子wb取為4。

3.3約束條件

根據(jù)隔振理論原理，懸置系統(tǒng)的最大固有頻率必須小于發(fā)動(dòng)機(jī)激振頻率的根號(hào)2分之1，大于來(lái)自路面的激勵(lì)頻率。另外，懸置剛度不能過小，否則會(huì)使動(dòng)力總成位移過大，導(dǎo)致懸置剪切破壞，縮短懸置的使用壽命；也不能過大，過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)傳遞率降低，故懸置的剛度約束為ki，min≤ki≤ki，max（i=1，2，…）。

3.4算法運(yùn)行參數(shù)

具體優(yōu)化過程中取種群大小10，粒子大小12，目標(biāo)函數(shù)個(gè)數(shù)2，最大迭代次數(shù)nmax=60，學(xué)習(xí)因子c1=c2=2，最大粒子速度vmax=5。慣性權(quán)重因子w的最大值wmax=0.9，最小值wmin=0.4，迭代計(jì)算過程中w（t）=wmax-（wmax-wmin）t/nmax。

3.5算法流程

將灰色關(guān)聯(lián)度引入粒子群算法中，具體優(yōu)化流程圖如圖所示。

（1）初始化粒子種群：給定種群規(guī)模m、學(xué)習(xí)因子c1、c2、慣性權(quán)重因子w、目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)和最大迭代次數(shù)。

（2）根據(jù)約束條件隨機(jī)產(chǎn)生10個(gè)粒子的位置和速度。

（3）利用粒子群算法分別求出兩個(gè)子目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，然后組成基準(zhǔn)矢量序列。

（4）將粒子群位置代入目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算出目標(biāo)函數(shù)值，將目標(biāo)函數(shù)值組成目標(biāo)矢量序列。

（5）利用給出的式子求出每個(gè)粒子形成的目標(biāo)矢量的關(guān)聯(lián)度，比較關(guān)聯(lián)度的大小，將種群中關(guān)聯(lián)度