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汽车排气系统振动控制设计方法的研究
| 论文题名： | 汽车排气系统振动控制设计方法的研究 |
| 关键词： | 汽车排气系统;振动控制;吊耳;系统振动;控制模型;车身;振动加速度;设计;动态载荷;动力学特性;测试;模态参数;控制问题;壳单元法;组件;准确性;遗传优化算法;实验;建模;驾驶员 |
| 摘要： | 排气系统是车辆的重要组成部分，负责排气降噪和尾气净化。排气系统通过吊耳与车身相连，在发动机扭矩激励下，排气系统会出现较大振动，并直接传递给车身。随着人们对汽车高动力性和低噪声性能的追求，发动机动态激励越来越大，相应的排气系统重量也日趋加大，由此引起的排气系统振动控制问题受到关注。对排气系统进行振动控制，关键是降低吊耳传递给车身的动态载荷。若过大的吊耳动态载荷作用在车身上，首先会恶化车辆乘坐舒适性，其次会降低排气系统各组件及吊耳的疲劳寿命。由于排气系统本身结构比较复杂，包含非线性的弹性悬挂件和复杂的消声器，对其不宜采用传统的振动理论研究其动力学特性，而需要借助更有效的建模和分析方法。 本文以某车型排气系统吊耳的设计为依托，以排气系统振动控制作为研究对象，基于壳单元法建立了排气系统有限元模型。文中测试了排气系统各组件的动静态参数和安装姿态，以这些参数作为输入条件，提出了相关组件的简化方法，最终给出了排气系统的振动控制模型。排气系统振动控制模型中引入了动力总成悬置系统，考虑了排气系统与车身之间的边界约束条件，因此模型能够真实的反映排气系统的动力学特性。 为了检验排气系统振动控制模型的准确性，本文利用模态实验法识别了排气系统的主要阶模态参数（固有频率和振型），以Lanczons法计算了振动控制模型的主要阶模态参数，并将测试值与计算值进行了对比分析。测试值和计算值的吻合验证了建模的准确性，说明了基于壳单元法建模的可行性。 最后，以吊耳传递动态载荷最小、吊耳的静变形量限制在一定范围内为设计目标，建立了排气系统吊耳动刚度的优化模型。综合采用实验设计（DOE）和多岛遗传优化算法，以MSC．Nastran和Isight作为优化工具，对某车型排气系统吊耳的动刚度进行了设计优化。以优化刚度为依据，制作了两种结构的吊耳样件，并进行了装车实验。 以驾驶员脚底板处车身振动加速度为评价指标，测试了车内振动响应。数据显示：安装优化后的吊耳，在怠速工况下，驾驶员脚底板处车身2阶振动加速度峰值明显降低；在2档全负荷升速工况下，在1000rpm～3900rpm转速区间内，后排乘客脚底板处车身振动加速度有所改善。测试结果表明：本文阐述的吊耳设计方法实用可靠，建立的设计流程可有效解决排气系统振动控制问题，能够为进排气系统工程师提供技术指导。 |
| 作者： | 黄志 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 上官文斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华南理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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