技术领域本发明属于汽车整车NVH技术领域，涉及动力总成悬置解耦设计技术。
背景技术：
舒适性是汽车主要性能指标之一，而动力总成悬置系统的振动传递特性对汽车舒适性起着重要影响。动力总成悬置系统的首要任务是隔离动力总成的振动向车架、车身及车厢内部传递，尤其是控制动力总成怠速工况下的低频抖动，并隔离动力总成高速运转时引起的车内噪声。长久以来，设计性能良好的动力总成悬置系统，改善整车舒适性，一直是汽车研究者和设计工程师所关心的重要课题。由于系统的固有模态之间存在运动耦合，即某一自由度方向上的振动会激起其它方向的振动，对悬置系统的振动控制和隔振不利。此外，在动力总成怠速工况下，动力总成倾覆力矩主谐量的频率与动力总成刚体振动模态较为接近，模态耦合使得隔振性能恶化。因此，动力总成悬置系统设计的基本任务是，解决动力总成的各刚体振动模态的频率配置问题和振动耦合问题。国内外主要应用能量法解耦和振动理论对传统的橡胶垫的刚度、位置及倾角等参数进行优化设计。目前，国内多数的整车单位在动力总成悬置解耦方面都是采用商业分析软件，如：ADAMS、Nastran等，这些分析软件虽然有较高的求解精度，但是分析时间相对较长，如果进行优化那么时间成本较高；此外，这些悬置解耦分析软件大都不能同时支持悬置安装位置、刚度、安装角度多类变量的混合优化设计。因此，本发明的目的就是提供一种悬置解耦快速设计优化工具，并且在优化过程中考虑悬置所涉及的各类变量，而且满足动力总成在整车中的频率性能。
技术实现要素：
本发明属于汽车领域，涉及一种动力总成悬置解耦快速设计优化方法，本发明不依赖于商业分析软件，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，具体实现步骤如下：步骤1：文件INPUT.dat中输入动力总成优化设计信息，输入信息具体如下：●模态频率和解耦率设计要求(第12-18行)通过第12-18行定义模态频率目标和解耦率目标函数。每一行包含六个参数，分别为模态频率目标权重、下限、上限，以及解耦率权重、下限、上限。共有六行，分别表示刚体模态六个方向，即整车Y向平移(FOR/AFT)、整车X向平移(LATERAL)、整车Z向垂直平移(BOUNCE)、整车绕Y轴转动(ROLL)、整车绕X轴转动(PITCH)和整车绕Z轴转动(YAW)。●发动机质心位置(第23行)发动机在整车坐标系中的位置(X、Y、Z)定义在第23行。●整车坐标系与动力总成坐标系转换关系(第26-28行)整车坐标系与动力总成坐标系之间的转换矩阵列在第26-28行。●动力总成质量与转动惯量(第31行)第31行定义动力总成质量信息，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。●悬置个数(第35行)第35行定义分析模型中的悬置个数，如：三点悬置设为3，四点悬置设为4。●悬置安装位置(第39-41行)第39-41行分别定义了悬置在X、Y、Z三个方向下的安装坐标。其中，第1列表示该方向坐标是否为设计变量(Y：是，N：否)；第2列和第3列分别表示安装位置设计区间的下限和上限；第4行表示安装初始值。此外，如果某一方向的坐标不作为设计变量，则该方向坐标值选为初值。●悬置刚度(第44-46行)第44-46行分别定义了悬置K1、K2、K3三个方向刚度。其中，第1列表示该方向刚度是否为设计变量(Y：是，N：否)；第2列和第3列分别表示刚度设计区间的下限和上限；第4行表示刚度初始值，设计区间内任意值。●悬置安装角度(第49-51行)第49-51行分别定义了悬置绕发动机X、Y、Z三轴的转动角度。其中，第1列表示该旋转角度是否为设计变量(Y：是，N：否)；第2列和第3列分别表示旋转角度设计区间的下限和上限；第4行表示旋转角度初始值，设计区间内任意值。●悬置刚度比值(第54-56行)第54-56行分别定义了悬置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=m000000m000000m000000Ixx-Ixy-Ixz000-IxyIyy-Iyz000-Ixz-IyzIzz---(1)]]>其中，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。B1=1.00.00.00.0cosθ1sinθ10.0-sinθ1cosθ1,B2=cosθ20.0-sinθ20.01.00.0sinθ20.0cosθ2,]]>B3=cosθ3sinθ30.0-sinθ3cosθ30.00.00.01.0---(3)]]>刚体位移转换矩阵E：Ei=1000zi-yi010-zi0xi001yi-xi0---(4)]]>Ei表示第i个悬置的刚体位移转换矩阵。系统刚度矩阵K：K=Σi=16(EiT·BiT·Di·Bi·Ei)---(5)]]>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ωi，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；mkl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：模态频率目标函数是确定动力总成六个方向频率的范围，使得优化后的结果模态频率尽量集中在设计范围内。该目标函数由式(10)计算：Fe=Σj=16{wejΣi=16ηij(fi-f^j)2