[发明专利]一种动力总成悬置解耦快速设计优化方法

摘要

本发明提出一种动力总成悬置解耦快速设计优化方法，采用MATLAB编程与计算平台实现动力总成六自由度刚体的模态频率与解耦率的计算，在充分考虑多个目标的前提下，建立模态频率目标模型、模态解耦率目标模型以及悬置刚度制造目标模型，最终定义优化目标函数,可同时对悬置系统安装位置、刚度以及安装角度进行优化设计。本发明不依赖于现有的商业软件，对动力总成悬置解耦进行分析，大大地提高了分析效率。此外，本发明充分考虑了悬置优化设计过程中的安装位置、刚度以及安装角度，丰富了优化设计变量，为整车概念设计阶段动力总成设计提供了丰富的求解资源。同时，还考虑设计过程中的避频和悬置制造约束，避免了后期动力总成在整车工况下的不匹配。

主权项

1.一种动力总成悬置解耦快速设计优化方法，其特征在于，所述方法采用文件交互的方式进行数据的输入，以及设计优化结果的输出，步骤如下：步骤1：文件INPUT.dat中输入动力总成优化设计信息，输入信息包括：模态频率目标函数和解耦率目标函数；发动机质心位置；整车坐标系与动力总成坐标系之间的转换矩阵列；动力总成质量信息和惯性矩列，其中动力总成质量定义为MASS，惯性矩列出顺序分别为：I11、I21、I22、I31、I32和I33；分析模型中的悬置个数；悬置在X、Y、Z三个方向下的安装坐标；悬置刚度；悬置绕发动机X、Y、Z三轴的转动角度；悬置K1/K2、K1/K3、K2/K3比值，其中K1、K2、K3分别表示悬置弹性主轴刚度；步骤2：利用式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)建立动力总成悬置系统动力学模型，并采用式(6)、(7)计算系统振型和频率；惯性质量矩阵M：m表示动力总成质量，Ixx、Iyy、Izz、Ixy、Ixz、Iyz分别表示动力总成绕X轴、Y轴、Z轴、XY、XZ和YZ的转动惯量；悬置弹性主轴坐标系转换矩阵B：B＝B3B2B1  (2)其中，θ1、θ2和θ3分别表示弹性主轴u、v、w与动力总成坐标系x、y、z三轴的夹角；刚体位移转换矩阵E：Ei表示第i个悬置的刚体位移转换矩阵；系统刚度矩阵K：其中，矩阵D表示悬置主轴刚度矩阵D＝diag(ku、kv、kw)，ku、kv、kw分别表示悬置主轴u，v，w的刚度；由悬置系统自由振动微分方程求解系统振型与频率ω：步骤3：当系统作第i阶模态振动时，系统频率为ω_i，悬置系统在该阶振动的动能通过式(7)计算，其中，与分别表示第i阶振动下，第j列和第k列振型元素；m_kl表示质量矩阵M中第k行第l列元素；当系统作第i阶模态振动时，作用在第k个广义坐标的动能由式(8)计算，第k个广义坐标动能所占百分比由式(9)计算；步骤4：模态频率目标函数由式(10)计算：其中，F_e是表征六个方向模态频率f_i与目标模态频率的对比值，不同方向频率之间的差异通过解耦率η_ij作为权重；第二权重值w_ej表示不同方向频率考虑的重要性，F_e越小表示设计结果越接近目标频率，最好的设计结果就是F_e值为0；目标模态频率由式(11)计算，与分别表示第j阶模态频率期望下限和上限；模态解耦率目标函数Fd是表征设计结果满足解耦率目标的程度，该目标函数由式(12)计算：式中，dij表示第j阶解耦率值百分比值，ηjmin与ηjmax表示第j阶解耦率期望下限和上限，权重wdj表示工程师对第j个方向解耦率的重视程度，Fd值越小，表示解耦效果越好，当值为0时，表示完全达到工程师解耦要求；悬置刚度目标函数Fm是保障悬置设计刚度需满足制造要求，该目标函数由式(13)计算：其中，r表示悬置刚度比值步骤5：优化目标函数，为了兼顾考虑动力总成优化设计过程中模态频率目标Fe、模态解耦率目标Fd和悬置刚度制造目标Fm，定义优化目标函数F：F＝(1+Fe)(1+Fd)(1+Fm)  (14)采用遗传算法对悬置系统的安装位置、刚度和安装角度进行优化，使得优化目标函数F最小，优化结果满足模态频率目标、模态解耦率目标和悬置刚度制造目标；步骤6：输出模型分析/优化结果到OUTPUT.dat文件中，分析结果包括：分析时间，动力总成质量矩阵，动力总成刚度矩阵，设计优化结果，模态频率设计要求，动力总成模态频率性能，动力总成悬置解耦率，模态频率目标函数矩阵，模态解耦率目标函数矩阵，悬置刚度制造比率目标函数矩阵和优化目标函数值。