动力总成悬置系统载荷工况分析及软件开发

悬置载荷分析是评价动力总成悬置的重要分析项目。一般采用通用28工况能全面地模拟动力总成悬置系统在典型和极端条件下的受力及位移。但该工况标准的工况数较多，导致相关的输入、输出数据较多。如果数据处理通过人工完成，处理时间长、容易出错;而且动力总成悬置系统的建模，需要一定的动力学知识及建模基础，没有该方面基础的工程师难以进行相关分析。本文探讨了通过自编软件自动进行载荷工况数据处理，只需一键便可完成参数化建模、计算及报表生成的方法，提高了计算效率。

动力总成悬置系统建模方法

在进行28工况计算时，一般把动力总成悬置系统视为6自由度系统，即把动力总成和安装橡胶悬置的车架视为完全的刚体，橡胶悬置简化为n个(n≥3)只有弹性轴方向(ui、vi、wi)刚度的弹性元件(见图1)，并在动力总成质心进行工况力/力矩的加载。

动力总成悬置自动化工况分析流程

1.动力总成悬置自动化工况分析流程

图2所示的流程图简要地说明了动力总成悬置的自动化工况分析流程，流程中各步骤的详细描述将在后面的内容展开。

2.MATLAB用户界面创建及参数输入

使用MATLAB软件可以创建包含窗口、图标、菜单和文本等图形对象的用户界面(简称GUI)。本研究使用该功能编写了动力总成悬置工况分析系统用户界面，使相关工况参数输入变得更加一目了然。由于橡胶悬置刚度的数据点较多，故刚度数据安排在另外特定格式的文本文件中进行输入，并编写相关程序对该文本文件进行自动读取。

3.动力总成建模及工况计算

ADAMS即机械系统动力学自动分析，是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用ADAMS在计算机上建立和测试虚拟样机，实现事实再现仿真，了解复杂机械系统设计的运动性能。本软件调用ADAMS的求解器进行动力总成悬置系统的建模和相关工况运算，最后通过ADAMS的测量变量(request)实现所需数据的输出，这些数据包括动力总成的在各工况下的位移及橡胶悬置的受力。

完成上文提及的参数输入后，相关程序便开始运行，输入的参数分为两类：一类是动力总成建模相关参数，主要用于建立动力总成悬置系统的ADAMS模型，本软件把这些参数插入相关ADAMS建模脚本命令中，并调用ADAMS的求解器自动生成模型;另外一类为工况计算相关数据，本软件把这些数据带入发动机28工况计算公式中，计算出28工况各个工况的力/力矩，同样通过脚本计算的方式加载进建好的动力总成悬置系统模型中。经ADAMS的求解器解算后，自动生成*.bin格式的动力悬置总成ADAMS模型和request指定的测量参数输出文本文件(*.tab格式文件)。

图3中，圆球表示动力总成的质心，三向力代表用样条曲线建立橡胶悬置刚度特性，加载在动力总成的质心的六向力代表工况力/力矩。

4.工况运算结果的自动整理

在动力总成载荷工况分析中，需要输出动力总成质心的工况力/位移和所有悬置的支反力/变形等数据，所有数据有上千个，如果手工对数据进行整理将非常繁琐且费时。本软件可以对结果文本文件进行读取，并对读取到的数据自动地进行整理和筛选，并生成动力总成质心位移和悬置承载等相关报表。

载荷工况输出数据的相关应用

通过前面得到的动力总成质心位移和悬置承载值数据，相关工程师可以以此为输入，进行动力总成悬置限位能力的校核及悬置支架的强度校核。

1.动力总成悬置限位能力校核

一般的动力总成悬置被设计成非线性刚度，非线性曲线被软拐点和硬拐点分成三段，软拐点前刚度较小，涉及的工况频率相对高，小的悬置刚度是为了满足隔振要求;硬拐点后刚度较大，涉及的工况频率相对较低，但动力总成受到大转矩，会产生大的位移，大的悬置刚度是为了满足抑制动力总成晃动的要求，预期的悬置非线性刚度曲线及其工作点如图4所示。动力总成悬置的限位能力校核主要是考察悬置硬拐点能否提供足够的刚度以否满足动力总成限位要求，动力总成运动限值表如文中表所示。表中，倒数1～2行为动力总成运动限值，倒数3～6行是软件统计出的典型和极限工况的最大位移，对应动力悬置刚度设计时满足限位要求。

2.动力悬置支架的强度校核

由于经常要承受动力总成较大的惯性力及转矩，所以动力悬置支架必须满足一定的强度要求。强度有限元工程师可以建立有限元模型，通过悬置承载值作为工况输入，对悬置支架施加工况力，进行强度的有限元强度计算。

结语

本文阐述了通过自编计算软件对动力总成悬置系统载荷进行工况分析的方法及思路，介绍了工况输出数据的使用。动力总成悬置系统的分析还包括解耦率、隔振率及载荷传递率等分析，只有综合地分析系统的各种性能，才能对系统做出正确的评价，同时为系统隔振及支架减重、降成本等优化打下基础。

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