基于优化设计提高方向盘怠速振动性能

赵娥　张学军

摘 要：振动性能是判断卡车舒适性的主要指标之一。在怠速工况下，方向盘的振动情况是反应卡车振动的主要指标。通过悬置系统的模态能量分布的优化设计可以提高卡车方向盘怠速振动性能。试验结果证明，此方法是可行、有效的。

关键词：卡车；悬置系统；模态能量分布；方向盘振动

中图分类号：U463.46 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.107

随着人们生活水平的提高，用户对卡车舒适性的要求也越来越高，而振动情况是评价卡车舒适性的主要指标之一。卡车怠速工况下的方向盘振动是用户能够感觉到振动的主要部位。因此，在怠速工况下，方向盘的振动情况直接决定了一辆车的性能，直接影响着这款车型的销量。而怠速工况下的方向盘振动主要是由发动机运转产生的，它是通过悬置系统，经车架、驾驶室、转向系统传递过来的。所以，可以通过优化设计动力总成悬置提高卡车怠速方向盘的振动性能。本文拟通过对动力总成悬置系统模态能量解耦优化设计提高卡车怠速方向盘的振动性能。

1 模态能量解耦优化设计方法

1.1 模态能量解耦

假设悬置刚度为线性，同时，摆动是小幅度的，不考虑阻尼。悬置系统自由振动方程为：

1.2 模态能量解耦优化设计

悬置系统优化就是通过设计悬置的刚度和安装点位、角度，使悬置系统的能量分布表上对角线能量分布占优。悬置优化流程如图1所示。

2 某车型动力总成悬置优化设计

对于某车型的动力总成悬置系统模态能量分布优化设计，动力总成转动惯量参数如表1所示。

在优化前，前悬压缩刚度为650 N/mm，后悬置压缩刚度为860 N/mm；悬置布置形式为前45°斜置，后45°斜置。优化前能量分布如表2所示。

优化后，前悬压缩刚度为450 N/mm，后悬置压缩刚度为450 N/mm；悬置布置形式为前45°斜置，后采用平置布置。优化后能量分布如表3所示。

由表2（优化前）和表3（优化后）可知，通过能量分布优化设计，Z向的频率从8.5 Hz降到了7.3 Hz，解率从81.9%提高到了84.8%；Rx的频率从26 Hz降低到了15.8 Hz。通过优化设计，极大地提高了能量的解耦率，提高了频率分布的合理性。

3 试验验证

对于同一样车，针对优化前后的不同悬置点位、刚度和角度进行悬置调整。测试优化前后状态的悬置系统怠速隔振率和方向盘怠速振动情况。

优化前后悬置系统怠速隔振率如表4所示。

从表4和表5中可以看出，经过模态能量分布优化设计，解耦率提高了4.9%，方向盘振动提高了82.1%.

4 结论

通过模态能量解耦优化设计，提高了悬置刚体模态频率分布的合理性，进一步提升了悬置系统的隔振，有效减小了方向盘的振动。这说明，采用基于模态能量分布的优化设计改善悬置系统的隔振性能，提高怠速方向盘振动的方法是可行的。

参考文献

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〔编辑：白洁〕