基于ADAMS和MATLAB的发动机悬置系统仿真分析及优化设计

0 引言

机械装置振动会产生很多影响，特别是机械振动对整车产生干扰，降低设备的使用寿命，甚至会对机械装置、人的生命安全造成严重损害。

从能量的角度讲，减振子系统的作用就是改变振源对系统激励的能量频谱结构，通过削弱能量的频率来抑制振动。从运动的角度讲，机械装置的最普遍减振方法是利用阻尼装置减小振动的传递

。对于行驶中的汽车，车辆的振源来源于很多方面，例如发动机、不平路面、汽车本身结构等，其中发动机的振动是最主要的振源之一。发动机的振动会使汽车振动，还会使其他零件产生振动，甚至会发生共振，降低NVH性能，影响汽车的使用寿命和舒适性。

为了降低汽车振动，可以在发动机总成和车架或车身之间安装悬置元件，悬置元件应具有减振、降低噪音和支承发动机等作用。作为发动机与车身之间的隔振系统，悬置系统的性能对整车NVH性能有着关键性的影响

。综上所述，为了改善汽车的NVH，设计一款可以有效隔振，降低噪音的发动机悬置系统十分必要。

近年来，国内外对于发动机悬置系统的研究愈加深入。对发动机悬置系统的研究有多方法，其中在基于6σ的优化方面，张紫微等

进行了汽车发动机半主动悬置稳健性优化设计，以某个半主动悬置系统为研究对象，通过灵敏度分析法确定优化变量，利用遗传算法和蒙特卡洛法进行了优化分析，以最小力传递率为目标进行优化。陈剑等

考虑刚度的不确定性，结合鲁棒性优化和多目标方法优化。以上均是基于6σ的悬置鲁棒性优化，前者是基于集总参数，后者是将鲁棒性设计与多目标优化结合，还验证了优化方案的可靠性。稳健性优化设计不仅可以大幅度降低悬置系统的动反力，还可以提高动反力的稳健性，对实际的工程具有指导意义。

1 仿真分析

本文以某农用运输车发动机悬置系统为研究对象，首先使用了ADAMS/View模块对该发动机悬置系统进行参数化建模，然后使用ADAMS/Vibration模块对模型进行振动特性分析，为后续发动机悬置系统的优化设计奠定基础。

1.1 发动机悬置系统参数

已知发动机总成质量为628.2 kg，质心坐标为(295.1,5.4,101.7)，发动机总成转动惯性参数如表1所示。

发动机悬置元件的静刚度、发动机悬置元件的阻尼比、在汽车怠速工况运行下得到的发动机悬置元件动刚度的值、发动机悬置系统的各悬置元件在车身坐标系下的位置坐标参数如表2所示。

她走下车来，缩着瘦削的，但并不露骨的双肩，窘迫地走上人行路的时候，我开始注意着她的美丽了。美丽有许多方面，容颜的姣好固然是一重要因素，但风仪的温雅，肢体的停匀，甚至谈吐的不俗，至少是不惹厌，这些也有着份儿，而这个雨中的少女，我事后觉得她是全适合这几端的。

发动机参数如表3所示。

1.2 使用软件建模与验证

1.2.1 软件建模

为了实现用户输入控制命令或调用数据等命令，机器人主控处理控制信息，并将不同的控制信号传达给机器人不同的系统，机器人内部执行完成后，将用户需要的状态信息以直观的形式反映给用户.机器人程序设计模式如图2所示.

悬置系统的ADAMS建模仿真步骤如下：1)确定坐标系。根据以上数据中的转动惯量和惯性积，应确定发动机悬置系统动力学模型的坐标系与ADAMS的全局坐标系一致；若不确定动力学模型坐标系方向，会导致仿真结果出现较大的出入。2)创建参数化点。根据表1和表3的参数，输入坐标参数，建立五个Marker点。3)创建发动机总成模型。在ADMAS/View中创建一个长方体来代替发动机总成模型，因为已经将发动机总成简化为了刚体，所以其性质和发动机总成的特点和性质无关。将发动机转动惯量及惯性积和质量输入。4)创建悬置元件。对于悬置元件，可以在ADAMS/view软件中，将bushing模型视作悬置元件，并将主轴刚度输入到bushing模型。完成建模之后的模型如图1所示。建模完成之后，通过ADAMS/Vibration模块进行振动仿真，得到的结果如表4所示。

MATLAB建立数学模型时，不考虑阻尼，发动机悬置系统的振动微分方程为(1)式

(

-

)(

)=0

(1)

文化只有在不断传承中才会变得更加丰富，才能引领人们的生存和发展，地域文化是人类生产生活的实践总结，也是历代人们教育资源积累的重要来源，是一个民族文明的精神象征。越瓷凝结着越地先民千百年来的文明，是越地文化的精髓。越瓷其本身就是一件精制的造型艺术品，同时更是地域历史文化的一个载体，研究越瓷文化，实际上就是利用渗透在越瓷中的文化元素去教育现代人，使越瓷文化真正成为“发展社会主义先进文化的深厚基础”，“使优秀传统文化成为新时代鼓舞人民前进的精神力量”[12]，让传统在时空中得到延续和发展。

1.2.2 模型的验证和结果分析

本文是运用ADAMS/View模块对发动机悬置系统进行建模仿真，根据发动机悬置系统参数建立模型，并使用MATLAB建立数学模型对模型进行验证。

通过两种软件得出的仿真结果对比，可以得到以下结论：1)对比两种软件得到的结果，ADAMS的动力学模型和MATLAB理论计算结果是大致相同的，误差较小，因此可以证实ADAMS的模型仿真结果的正确性，可以用于后面的动态响应分析和优化分析；2)根据固有频率的结果，第一阶和第二阶的固有频率的差值小于1 Hz，不满足设计要求；3)在解耦率的结果方面，x、z方向的模态解耦率大于85%，但是主要振动表现方向z和θ

方向的解耦率只有89.62%和51.32%，小于90%，说明发动机悬置系统并不满足解耦设计要求，需要对其进行解耦设计。

1.3 发动机悬置系统动态仿真

优化时，不仅要考虑悬置系统的固有频率分布和解耦程度，还需要对发动机总成质心的位移、速度和加速度特性进行仿真分析。

人工智能本科人才和研究生人才培养是高校和科研院所的重要任务。2018年4月，教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，将完善人工智能领域人才培养体系作为三大任务之一。该计划提出要“加快人工智能领域学科建设、加强人工智能领域专业建设、加强人工智能领域人才培养、构建人工智能多层次教育体系”，为经济社会发展提供人工智能人才支撑。

欧盟以及英国倾向于采用有假释的终身监禁。绝对终身监禁指的是法院在判处刑罚时，没有自由裁量权，只能适用终身监禁，但是罪犯可以在执行刑罚过程当中获得假释。裁量终身监禁指的是法院在判处刑罚时，可以充分考量犯罪分子的人身危险性、犯罪动机、危害结果等因素，选择适用终身监禁，罪犯在执行刑罚过程当中仍有权获得假释[2]155-172。

发动机在怠速工况运行时，对各悬置元件z向对发动机的反作用力和悬置元件的加速度进行仿真分析，如图6至图13所示。

如图2所示，通过静平衡计算得到的结果，仅在重力作用下，经过振动后，在3～4 s之间达到了平衡，分别为1 818 N、2 280 N、1 427 N、1 203 N，之所以不均分重力，是因为4个悬置元件的位置原因，同时各个悬置元件的刚度和阻尼不同。4个悬置元件达到平衡时的z向静反力之和为6 728 N，发动机总成的重力为6 722.76 N，这两个值是近乎相等的，验证了发动机悬置系统模型建立的正确性。

根据公式在MATLAB中编写程序，输入上文中的悬置系统的参数，求解得到的结果如表5。

1.3.2 怠速工况下时域响应计算

发动机悬置系统进行时域响应分析，利用ADAMS/View模块完成。主要针对怠速工况进行仿真分析，转速750 m·s

，激励频率25 Hz；具体激励力矩如表6所示。进行时域分析时，需要考虑仿真时间和仿真的步长。综合考虑下来，在怠速工况下，进行发动机悬置系统时域响应分析的参数设置为仿真时间5 s，步长1 000。

怠速工况下，在发动机总成质心处施加z向的激励力，绕x轴和绕y轴的扭矩激励，设置仿真时间和步长，得到的结果如图3、图4、图5所示。

首先，当代社会应多使用“夫妻”而非“夫妇”概念。“妇”一词乃相对于舅姑、夫等而言，指称的是女子在宗族关系中的地位，因而儒家多将其释为“服”“从人者”，要求其“顺”；而“妻”则专门针对“夫”而言，《说文》释“妻”曰：“妻，妇与夫齐者也。”《白虎通·嫁娶》云：“妻者，齐也，与夫齐体。”《礼记·内则》“聘则为妻”，郑玄注：“妻之言齐也。以礼则问，则得与夫敌体。”[20]可见，“夫妻”概念更倾向于表述两性关系而非家庭关系，有利于将女性从宗法谱系中解脱出来。

图3为怠速工况下质心处z向位移变化情况，在发动机稳定之后，可以看到其振动范围为30 mm左右。

图4是怠速工况下质心处z向加速度变化，可以看出变化比较剧烈。

适宜气候：温暖湿润；年均气温10～20 ℃，1月份平均气温3～9 ℃，7月份平均气温24～28 ℃，极端最高气温低于35 ℃，极端最低气温高于0 ℃，年均降水量600～1 200 mm，年平均日照600～1 200 h[7]。

从图5可以看出响应在其固有频率和怠速激励频率在25 Hz处。

通过分析图3至图5，可以得出以下结论：在怠速工况下，该发动机悬置系统的隔离振动效果较差，会对汽车的NVH水平产生较大影响，干扰其他零部件工作。

在新推出的语文课程标准中提到了，在进行高中语文教学的过程当中，教师应当充分利用现有的教育资源，并且通过开展一些具有创造性的活动，来提高学生的学习兴趣，帮助学生在实践中将语文知识得以运用，多方面提高学生的语文学习能力。学生只有通过在活动和实践当中不断开阔自己的视野，与课堂当中自己所学到的知识相结合，才能够形成完整的知识结构。丰富的课外活动使高中语文课堂变得更加丰富多彩，它是提高教学质量的要求，同样也是教育发展的趋势。

二是计算机实验室没有实现多功能化、高效化共享使用。计算机实验室还是单一功能的实验室，没有做到一台机多系统、多功能使用。传统实验室分为计算机公共课实验室、软件实验室、硬件实验室、网络实验室、图形实验室等，各实验室承担实验课单一，设备利用率偏低，没有充分做到实验室多功能化、高效共享应用。

在不对发动机施加任何载荷的情况下，对模型进行分析，得到的结果如图2所示。

图6表示怠速工况下左前悬置z向动反力，在发动机运行稳定后，其幅值为2 053 N。

一般来说，我们对句型的分析首先是两种对立：主谓句和非主谓句的对立。主谓句是人类最常见的句型，这是一个复杂的大类，其中还有各种不同的分类，如动词性谓语、名词性谓语、形容词性谓语、主谓谓语句等；这些次类中，又以动词性谓语句为最常见的句型，除了一般的动词谓语(带状语或不带状语)之外，还有动宾谓语、动补谓语、连动谓语、兼语谓语等。

从图7可以看出加速度响应仿真结果在怠速激励频率25 Hz左右，而在25 Hz之前出现响应在悬置系统的固有频率处。

图8表示怠速工况下右前悬置z向动反力，在发动机运行稳定后，其幅值为1 300 N。

从图9可以看出加速度响应仿真结果在怠速激励频率25 Hz左右，而在25 Hz之前出现响应在悬置系统的固有频率处。

图10表示怠速工况下左后悬置z向动反力，在发动机运行稳定后，其幅值为975 N。

从图11可以看出加速度响应仿真结果在怠速激励频率25 Hz左右，而在25 Hz之前出现响应在悬置系统的固有频率处。

图12表示了怠速工况下右后悬置z向动反力，在发动机运行稳定后，其幅值为655 N。

1.3.1 静态z向载荷工况分析

从图13可以看出加速度响应仿真结果在怠速激励频率25 Hz左右，而在25 Hz之前出现响应在悬置系统的固有频率处。

通过对图6至图13分析，可以得出如下结论：各个悬置元件加速度响应仿真结果在怠速激励频率25 Hz左右，而在25 Hz之前出现响应反映出了系统的固有频率；各悬置元件的z向动反力相比较，左悬置承受的力明显大于了右悬置，并且左前悬置所承受的动反力远大于另外三个悬置元件所承受的动反力。各个悬置元件的动反力分别为2 053 N、1 300 N、975 N、655 N，四项之和为4 983 N，可以看出该悬置系统具备一定的隔振能力。

2 发动机悬置系统的优化设计

本设计分析的设计变量是悬置元件的刚度参数，不考虑阻尼的影响，悬置元件的其余参数为定值。

2.1 约束条件优化

发动机悬置系统的约束条件主要考虑悬置系统的频率约束、刚度约束及解耦率约束。

频率约束：在实际工程应用中，要求悬置元件的固有频率小于发动机的激励频率，同时还要大于来自路面的激励频率。在发动机怠速工况运转下的激励频率为25 Hz，而路面传递给汽车的激励频率为5 Hz左右。通过综合考虑和计算，对发动机悬置系统各方向的固有频率约束范围在5～17 Hz。

刚度约束：悬置元件刚度过大会导致隔振效果降低，刚度过小会导致悬置元件在运动过程中与其他的零件产生相互干扰，影响汽车的正常运转。因此主要考虑以下两点：1)在有较大作用力的方向，刚度选择较小值，隔离振动的效果更好；2)当不存在作用力或者作用力较小时，可以选择较大的刚度值，因为该方向主要是对发动机起到支撑作用。综合考虑，对各个悬置元件设置的刚度范围如表7所示。

2.2 解耦率优化

本文优化目标是提高各阶模态的解耦率，降低振动传递率。发动机悬置系统的能量解耦：在发动机悬置系统的优化设计中，发动机悬置系统的各向解耦率是不可能达到100%的，根据实际工程应用，6个方向解耦率全部大于85%时，如表8所示。满足优化设计的要求，数学模型如式(2)所示

(1)培训目的:通过3个月的培训,新护士能熟练掌握各类诊疗器械、器具和物品的清洗、消毒、灭菌的知识与技能;掌握相关清洗消毒、灭菌设备的操作规程;职业安全防护原则和方法;医院感染预防与控制的相关知识。

(

)=1-

(2)

其中，

表示悬置刚度实际变量，

表示第

阶模态解耦率。

第三，从上图我们还可以知道，建安时期文人在诗歌中喜欢情感基调悲哀或者清厉的词，如“悲风”、“哀弦”、“清歌”、“悲声”、“清琴”等让人情感低落的词，在逯钦立先生的《先秦汉魏晋南北朝诗》中，涉及魏这一段的诗歌，凡讲到鸟声皆是“哀鸣”，凡涉及歌，皆为“清歌”，没有艳丽的词汇，风也是“秋风”，还喜用“箫箫”、“肃肃”，“萧瑟”等词，就算没有乐曲的陪伴，也营造出悲凉的气氛，在乐曲的渲染下更是如此。

振动传递率表示了发动机的激励通过悬置系统向车架传递的力大小，在优化设计时，振动传递率越小越好，数学模型如式(3)所示

(

)=

+

(3)

其中，

和

分别是侧倾方向传递率和垂向传递率的加权因子，并且满足

+

=1，

和

分别表示发动机悬置系统的垂向以及侧倾方向的振动传递率。

3 结论

本文以提高发动机悬置系统的隔离振动能力为目标展开了研究。利用ADAMS和MATLAB模型，对发动机施加怠速工况的激励，通过软件分析，发现在怠速工况下，该发动机悬置系统的隔离振动效果较差，会对汽车的NVH水平产生较大影响，会干扰其他零部件工作。考虑悬置元件的刚度影响，对模型进行优化后，解耦率达到了预期要求。

[1] 梁玉秀，基于ADAMS的发动机悬置系统减振性能分析与优化设计[D].太原：中北大学,2015

[2] 刘策，发动机悬挂系统特性仿真和稳健优化[D].合肥：合肥工业大学，2017.

[3] 张紫微，郑玲，薛婉莹，等.基于6σ的汽车发动机半主动悬置稳健性优化设计[J].振动与冲击,2020,39(15):243-249.

[4] 陈剑,刘策,杨志远,等.基于6Sigma方法的发动机悬置系统稳健优化设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2017,40(11):1469-1473.