汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究

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汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究
上官文斌12，黄志1，贺良勇1，段小成2
(1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510641；
2.宁波拓普声学振动技术有限公司，宁波315806)
摘 要：基于汽车排气系统吊耳传递的动态载荷最孝吊耳耐疲劳性最好，建立了考虑动力总成在内的排气系统
振动分析模型▲行了排气系统的自由模态和约束模态的测试，并和计算值进行了对比分析，证明了所建立的排气系统
振动模型的正确性。以吊耳的垂向动态载荷最型其静变形量在-定范围内为优化目标，建立了排气系统吊耳动刚度优
化模型。优化后，在怠速工况和2档全负荷加速工况下对车身底板驾驶员位置进行了振动响应测试，测试结果表明，利用
优化后的吊耳刚度，能够有效降低车身底板的振动加速度，表明了阐述的排气系统建模和吊耳动刚度优化方法的有效性。
文中建模与优化方法，对排气系统的吊耳动刚度计算与优化具有指导意义。
关键词：排气系统；吊耳；频率响应分析；动刚度优化
中图分类号：U262.42 文献标识码：A
动力总成作为车辆的主要振动激励源之-，其激
励(尤其是全负荷加速工况下的激励)可通过波纹管传
递给排气系统、再由吊耳组件传递给车身引起车内振
动。若吊耳的动刚度匹配不佳，会导致较大的车身振
动，进而引起座椅、方向盘和车身底板的振动，造成车
内舒适性恶化。
排气系统吊耳的动刚度是确定排气系统对汽车
NVH(Noise，Vibration and Harshness)性能的影响因素
之-。吊耳的动刚度不能过高，否则不利于吊耳隔振。
同时吊耳的动刚度不可过低，过低的动刚度虽可提高
隔振率，但会导致吊耳产生较大的静变形，对吊耳的耐
疲劳性能具有不利影响旧.3 J。在排气系统的振动计算
与分析中，大都以控制吊耳的位移和吊耳传递的动态
载荷作为确定吊耳动刚度的原则。目前在吊耳的动态
特性H J、吊耳支架的布置位置旧1方面研究较多，但在吊
耳动刚度计算分析研究方面的工作较少。
利用有限元方法对排气系统进行振动分析时，建
模和模型的正确是重要的。Ling等人利用梁单元来
离散化排气系统，以吊耳传递动态载荷最小来优选吊
耳的动刚度。该文建立的模型中，没有考虑动力总成
子模型，而是在排气管前端施加正弦位移激励来模拟
动力总成激励。Butkewitsch∞1等利用子结构方法对某
型商用车排气管前消声器支架进行了优化改进，通过
修改支架尺寸来提高其刚度，调整了排气系统的固有
频率，从而避免了与动力总成激励耦合。
本文建立了排气系统振动分析和吊耳动刚度优化
的建模方法，并进行了模型的验证～吊耳传递的动
态载荷与吊耳静变形量的加权值作为优化目标，利用
多岛遗传优化算法，对某车型的排气系统吊耳动刚度
基金项目：国家自然科学基金(50575073)资助项目
收稿日期：2008-11-12修改稿收到日期：2009-02-16
进行了优化～优化前与优化后的吊耳安装在实车
上，并测量车内有关点的振动响应。测试结果表明：利
用优化后的吊耳，可减少车身底板的振动响应，改善车
辆的乘坐舒适性，同时提高了吊耳的耐疲劳性能。文
中建立的建模与优化方法、模型验证方法可用于排气
系统振动控制的设计计算分析。
1建模与模型验证
1.1建模
1.1.1动力总成悬置系统模型
由于排气系统热端直接与动力总成机体连接，将
其视为动力总成的-部分〃模时，把动力总成简化
为刚性体处理，可在其质心位置赋予质量参数〖虑
到发动机悬置直接与副车架(或车身)相连，可将悬置
简化为-端对地的弹簧阻尼单元。发动机悬置的动刚
度和阻尼参数在宁波拓普减震系统有限公司测试中心
MTS831实验台上测试得到，其测试方法参考文献[6]。
在MSC/PATRAN软件中建立的动力总成悬置系统的
模型见图1。
1.左悬2.右悬3.前悬4.后悬
5.排气管热端6.波纹管，CG动力总成质心
图1 动力总成悬置系统的PATRAN模型