橡膠襯套剛度對(duì)懸架nvh性能的影響

橡膠襯套剛度對(duì)懸架nvh性能的影響

0路面激勵(lì)下的懸架改進(jìn)研究作為汽車底板的重要組成部分，懸浮系統(tǒng)將路面激勵(lì)轉(zhuǎn)移到車身，起到緩沖和吸收路面振動(dòng)的作用，因此對(duì)汽車的nvh性能有很大影響。文獻(xiàn)[1]研究了汽車懸架系統(tǒng)中橡膠襯套對(duì)整車NVH性能的影響,在ADAMS軟件中建立多體動(dòng)力學(xué)模型,參照正交回歸方程理論優(yōu)化橡膠襯套參數(shù),改善懸架NVH性能。該研究的不足之處在于沒有相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)試對(duì)照,并且工況較為單一。文獻(xiàn)[2]研究了輪胎充氣壓力對(duì)懸架組合剛度的影響,討論了輪胎徑向剛度和充氣壓力之間的關(guān)系,同時(shí)建立了輪胎徑向剛度和懸架剛度的數(shù)學(xué)關(guān)系。該研究的不足之處在于沒有建立整車模型,分析影響NVH性能的關(guān)鍵參數(shù)在路面激勵(lì)作用下的響應(yīng)情況,且推導(dǎo)出的懸架剛度數(shù)學(xué)公式比較簡(jiǎn)單,沒有考慮構(gòu)件之間的相互影響。文獻(xiàn)[3]采用有限元方法,建立了剛彈耦合的汽車駕駛室空腔模型,通過改變彈簧剛度、阻尼等參數(shù)來研究懸架系統(tǒng)減少振動(dòng)激勵(lì)傳遞方面的作用。該研究的不足之處在于有限元建模較為繁瑣,不恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和單元選擇可能導(dǎo)致仿真結(jié)果不準(zhǔn)確,同時(shí)缺乏有效的試驗(yàn)驗(yàn)證,忽視了懸架襯套對(duì)NVH性能的影響。對(duì)于路面激勵(lì)條件下懸架對(duì)整車振動(dòng)響應(yīng)影響的研究,根據(jù)激勵(lì)源頻率的不同,可以分為低頻、中頻、高頻三個(gè)區(qū)間。目前對(duì)于20Hz以下的路面激勵(lì)問題研究較多1在道路激勵(lì)下建立汽車動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上1.1懸架系統(tǒng)的耦合圖1為四自由度的汽車半車模型示意圖。在此模型中,懸架系統(tǒng)的總簧上質(zhì)量、繞質(zhì)心的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、前后簧上質(zhì)量、前后簧下質(zhì)量、質(zhì)心處耦合質(zhì)量分別用m1.2z三角形凸塊脈沖激勵(lì)模型參照中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4970-1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》,隨機(jī)路面選用B級(jí)路面,車速分別為30、60、80km/h,并且參考文獻(xiàn)[6]采用濾波白噪聲方法構(gòu)建:式中,z三角形凸塊脈沖激勵(lì)示意圖見圖2,國(guó)標(biāo)規(guī)定的凸塊尺寸為L(zhǎng)=400mm,h=60mm,H=3m。當(dāng)汽車速度為30km/h時(shí),有由于軸距的作用,前后車輪所受激勵(lì)之間存在時(shí)滯t當(dāng)汽車受到正弦凹坑脈沖激勵(lì)時(shí),駕駛員開始剎車。汽車初始車速為30km/h時(shí),有由于軸距的作用,前后車輪所受激勵(lì)之間存在時(shí)滯t不同工況下的整車參數(shù)和路面激勵(lì)如表1所示。2橡膠套筒性能參數(shù)分析2.1橡膠特征參數(shù)懸架橡膠襯套作為減弱振動(dòng)和噪聲傳遞的彈性元件,主要作用是緩沖和吸收能量,改善汽車NVH性能。橡膠具有非線性的幾何和材料特性,其性質(zhì)較為復(fù)雜。這里采用Mooney-Rivilin理論分析其特性2.2橡膠襯套剛度有限元分析由于橡膠材料的不可壓縮性,彈性模量E與剪切模量G具有如下關(guān)系:E=3G。根據(jù)汽車廠商提供的參數(shù),E=5.54MPa。本文利用MSC.Nastran強(qiáng)大的非線性求解能力,對(duì)橡膠襯套剛度進(jìn)行有限元分析。懸架系統(tǒng)中所采用的橡膠襯套主要類型如圖3所示。此種橡膠襯套主要由中間橡膠體和剛性金屬套筒組成。本文主要研究橡膠襯套的3個(gè)平動(dòng)剛度特性,選擇前懸架系統(tǒng)副車架與下擺臂連接處橡膠襯套進(jìn)行分析,襯套如圖4所示。有限元模型采用六面體單元?jiǎng)澐?分別計(jì)算其軸向剛度和徑向剛度,加載方式如圖5所示。徑向加載時(shí)將模型等效為軸對(duì)稱模型,進(jìn)行非線性求解后,可以得到該襯套剛度特性如圖6所示。從圖6可以看出,在較小變形的情況下,對(duì)于橡膠襯套的軸向剛度和徑向剛度,有限元分析的結(jié)果與企業(yè)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符,驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。3橡膠襯套對(duì)支撐nvh性能的影響和優(yōu)化3.1剛?cè)狁詈夏Ｐ偷臉?gòu)建傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模沒有考慮構(gòu)件的變形失效,因而不符合真實(shí)工況,隨著多柔體動(dòng)力學(xué)理論的不斷發(fā)展,基于剛?cè)狁詈戏治龅睦碚撆c方法日益成熟3.2橡膠襯套剛度的優(yōu)化在懸架開發(fā)設(shè)計(jì)的后期,大部分設(shè)計(jì)參數(shù)已被凍結(jié),而橡膠襯套卻保留了較大的調(diào)整空間由于橡膠各向異性,襯套不同方向剛度對(duì)NVH性能影響不一樣。當(dāng)工況為隨機(jī)路面激勵(lì)時(shí),優(yōu)化分析以汽車簧載質(zhì)量垂向加速度均方根值為目標(biāo):式中,a通過靈敏度分析,可以找出對(duì)振動(dòng)影響較大的參數(shù),為其參數(shù)具體優(yōu)化指明方向。經(jīng)過128次仿真后,得到懸架系統(tǒng)橡膠襯套剛度靈敏度如表2所示。在ADAMS軟件中利用Insight插件,采用DOE(designofexperiment)技術(shù),通過合理地設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,在靈敏度分析的基礎(chǔ)上,匹配優(yōu)化對(duì)結(jié)果影響較大的襯套剛度。采用響應(yīng)曲面法(RSM)作為試驗(yàn)方法,選擇D_Optimal為試驗(yàn)設(shè)計(jì)方式創(chuàng)建設(shè)計(jì)矩陣,試驗(yàn)因子即為上述選定對(duì)目標(biāo)影響較大的參數(shù)。優(yōu)化后的橡膠襯套剛度如表3所示。表4所示為選取的車速為30、60、80km/h的B級(jí)隨機(jī)路面激勵(lì)參數(shù),橡膠襯套剛度經(jīng)過優(yōu)化后,汽車簧載質(zhì)量質(zhì)心處的垂向加速度均方值功率譜密度比優(yōu)化前明顯減小,整個(gè)研究頻率范圍內(nèi)依次降低了4.5%、7%、6%,表明優(yōu)化有效。當(dāng)路面工況為三角形凸塊和正弦形凹坑脈沖激勵(lì)時(shí),優(yōu)化分析以汽車簧載質(zhì)量峰值垂向加速度為目標(biāo)。表5所示為選取的車速為30、60、80km/h的三角形凸臺(tái)路面激勵(lì)參數(shù),通過對(duì)比優(yōu)化前后的垂向加速度發(fā)現(xiàn),橡膠襯套剛度經(jīng)過優(yōu)化后,汽車簧載質(zhì)量質(zhì)心處的垂向加速度比優(yōu)化前明顯減小,整個(gè)研究頻率范圍內(nèi)垂向加速度峰值減小5%、6%、5%,優(yōu)化有效。表6所示為選取的車速為30、60、80km/h的正弦形凹坑路面激勵(lì)參數(shù),通過對(duì)比優(yōu)化前后的垂向加速度,橡膠襯套剛度經(jīng)過優(yōu)化后,汽車簧載質(zhì)量質(zhì)心處的垂向加速度比優(yōu)化前明顯減小,整個(gè)研究頻率范圍內(nèi)減小6.5%、5.5%、10%,優(yōu)化有效。4汽車彈簧載加速度分析試驗(yàn)結(jié)果選擇仿真模型參照的同型車進(jìn)行道路模擬試驗(yàn)。測(cè)試儀器包含美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的四通道路模擬機(jī),動(dòng)態(tài)信號(hào)分析系統(tǒng)DSPSV5.0,加速度傳感器,輪速和車速傳感器,電荷放大器,裝有數(shù)據(jù)分析處理軟件LPC2292的筆記本電腦,示波器等。試驗(yàn)臺(tái)布局如圖8。不同工況下道路試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖9~圖11所示。3種工況下的汽車簧載加速度分別如表7~表9所示。對(duì)比表7~表9可以看出,在不同的工況條件下,仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)差別不大,因此可以驗(yàn)證ADAMS剛?cè)狁詈夏Ｐ偷臏?zhǔn)確性。5橡膠襯套剛度的優(yōu)化及仿真試驗(yàn)(1)利用有限元軟件MSC.Nastran對(duì)橡膠襯套剛度進(jìn)行有限元分析。通過將有限元分析的結(jié)果與企業(yè)提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,可以看出在較小變形的情況下兩者較為接近,證明了有限元模型的準(zhǔn)確性。(2)分析橡膠襯套剛度對(duì)汽車簧載質(zhì)量質(zhì)心處垂向加速度響應(yīng)影響的靈敏度,選擇影響較大的襯套的剛度進(jìn)行了優(yōu)化。通過比較不同工況條件下襯套優(yōu)化前后結(jié)果,可以看出在60km/hB級(jí)隨機(jī)路面激勵(lì)時(shí),簧載質(zhì)量質(zhì)心處垂向加速度均方根在整個(gè)研究頻率范圍內(nèi)由0.638m/s(3)選擇仿真模型參照的同型車進(jìn)行道路