بخشی از مقاله
چکیده
موتور خودرو از منابع مهم تولید ارتعاش در خودرو میباشد. از این رو، تعیین مقادیر مناسب سختی، موقعیت و زاویه قرارگیری نگهدارندههای آن باعث کاهش ارتعاشات موتور و همچنین کاهش نیروی منتقل شده به شاسی و افزایش آرامش سرنشینان خودرو میگردد. در این مقاله، در نظر است که مقادیر مناسب سختی نگهدارنده های موتور ملی به منظور بهبود رفتار ارتعاشی آن تعیین گردد. به این منظور، در ابتدا سعی می گردد که با استفاده از روش جداسازی کامل مودهای ارتعاشی موتور حول محور گشتاور غلتشی، ضرایب مناسب سختی نگهدارنده ها تعیین گردند.
ولی، محاسبات انجام شده نشان می دهند که امکان دستیابی به جداسازی کامل مودهای ارتعاشی تنها با تغییر سختی نگهدارنده ها و با توجه به محدودیتهای طراحی وجود ندارد. از این رو، با استفاده از روش بهینه سازی به جداسازی جزئی مودهای ارتعاشی موتور حول محور گشتاور غلتشی پرداخته می شود . به این منظور، سختی نگهدارنده ها به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته شده و با انجام آنالیز حساسیت، تنها متغیرهایی که بیشترین تاثیر را بر تابع هدف دارند، انتخاب می گردند. بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک و با قید مناسب انجام می پذیرد. در نهایت، مقایسه نمودارهای پاسخ فرکانسی حالت های معمول و بهینه نشان می دهد که با یه کارگیری سختی های به دست آمده از بهینه سازی، نه تنها ارتعاشات موتور کاهش می یابد، بلکه میزان نیروی منتقل شده به شاسی هم کاهش می یابد که به معنای افزایش آرامش سرنشینان خودرو است.
مقدمه
امروزه شرکتهای خودروسازی، در راستای اهداف تحقیقاتی خود، در حال پژوهش برای یافتن راهکارهایی به منظورکاهشهرچه بیشتر ارتعاشات موتور خودرو میباشند.در این ارتباط نگهدارنده های موتور - دسته موتورها - 1 وظیفه کاهش حرکات اضافی موتور و همچنین کاهش ارتعاشات منتقل شده به شاسی را بر عهده دارند. نگهدارنده-هایلاستیکی موتور از سال 1930 تاکنون برای جداسازی ارتعاشات موتور از بدنه خودرو به کار گرفته شدهاند.
این نگهدارندهها حجم کم، قیمت و طول عمر مناسبی داشته و نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند. برای سالیان متمادی، نگهدارندههای لاستیکی به طور موفقیت آمیزی به عنوان نگهدارندههای موتور خودرو به کار گرفته شدهاند. با پیشرفتهایی مانند سبک سازی خودروها، محرک بودن چرخهای جلو و همچنین توسعه موتورهایی که در حالت خلاص دور پایین دارند، لازم است عملکرد نگهدارندههای موتور در کاهش ارتعاشات موتور بیش از پیش بهبود یابد.از طرفی، یک نگهدارنده ایدهآل باید خواص سختی و میرایی وابسته به فرکانس و دامنه تحریک داشته باشد. همین امر سبب ایجاد و توسعه نگهدارندههای هیدرولیکی شده است. اخیرا به منظور بهبود عملکرد نگهدارنده ها در شرایط مختلف کاری موتور، نگهدارنده های نیمه فعال2 و فعال3 نیز توسعه داده شده اند.
یکی از راهکارهای بهبود رفتار ارتعاشی موتور بر روی نگهدارنده ها این است که ضرایب سختی نگهدارنده ها به گونه ای تعیین گردد که مودهای ارتعاشی موتور به طور کامل یا جزئی از یکدیگر مجزا4 گردند. از این رو، تاکنون پژوهش هایی در ارتباط با جداسازی مودهای ارتعاشی موتور انجام شده است. جک و پاتون[1]بیان کردند که اگر راستای محور گشتاور غلتشی با راستای یکی از مودهای طبیعی ارتعاش منطبق شود، جسم فقط یک چرخش صلب در راستای بردار آن مود خواهد داشت و پاسخ، صرف-نظر از فرکانس تحریک، چرخش حول محور گشتاور غلتشی خواهد بود.
جئونگ و سینگ [2] با استفاده از مدل شش درجه آزادی موتور و استفاده از روش جداسازی کامل مودها حول محور گشتاور غلتشی سختی، موقعیت و زاویه قرارگیری نگهدارندهها را تعیین نموده و پاسخ فرکانسی را در حالات مختلف رسم نمودند.سپس،به این نتیجه رسیدند که با جداسازی کامل مودهای ارتعاشی موتور حول محور گشتاور غلتشی، رفتار ارتعاشی موتور بهتر خواهد شد. ونگ[3] با استفاده از روش بهینهسازی به جداسازی جزئی مودهای ارتعاشی حول محور اصلی سیستم نگهدارنده موتور یک کامیون پرداخت وسختی و زاویه قرارگیری نگهدارندهها را محاسبه نمود. سپس، نشان داند که با بهتر شدن درصد جداسازی مودها، شتاب جستن صندلی راننده کاهش یافته است.
سو و همکاران[4] نشان دادند با بهبود درصد جداسازی مودها احساس آرامش و راحتی سرنشینان با کاهش شتاب عمودی میل فرمان و کف صندلی خودرو افزایش مییابد. ایشانمحاسبات مربوطه را در محدوده دور آرام موتور 20 - تا 34 هرتز - انجام دادند. کلته و همکاران[5] با مدلسازی سیستم نگهدارنده موتور دیزل تک و سه سیلندر در نرم افزار متلب5 و استفاده از روش جداسازی مودها حول محور گشتاور غلتشی، محل قرارگیری و سختی نگهدارندههای موتور را محاسبه نمودند.
چن و همکاران [6] با در نظر گرفتن مدل شش درجه آزادی سیستم نگهدارنده موتوردر نرمافزار انسیس6 مودهای ارتعاشی سیستم را تعیین نمودند. سپس، با تغییر مقادیر سختی و موقعیت نگهدارنده ها بالاترین درصد جداسازی مودها را محاسبه و مقادیر بهینه سختی و موقعیت را تعیین نمودند. کمار و همکاران[7] با استفاده از مدل شش درجهآزادی سیستم انتقال قدرت و نگهدارنده یک وسیله سه چرخ مدل ریاضی ارائه کردند و با ترکیب جدید از متغیرهای طراحی نگهدارنده سیستم نشان دادند که پاسخ ارتعاشات 40 درصد در حالت دور آرام و 60 درصد در محدوده دور کاری موتور نسبت به پیکربندی قبل کاهش پیدا کرده است.
هدف از این مقاله، تعیین مقادیر مناسب سختی نگهدارنده های موتور ملی به منظور بهبود رفتار ارتعاشی آن می باشد. به این منظور،ابتدا جداسازی کامل مودهای ارتعاشی موتور ملی حول محور گشتاور غلتشی بررسی میگردد.ملاحظه می شود که با توجه به محدودیت-های طراحی از جمله ثابت ماندن موقعیت نگهدارندهها، امکان جداسازی کامل مودهای ارتعاشی موتور ملی حول محور گشتاور غلتشی تنها با تغییر سختی نگهدارنده ها وجود ندارد.
از این رو به کمک بهینه سازی به جداسازی جزئی مودهای ارتعاشی موتور حول محور گشتاور غلتشی پرداخته می شود. به این منظور، پس از انتخاب تابع هدف مناسب، با انجام آنالیز حساسیت، متغیرهای تاثیرگذار بهینه سازی انتخاب می گردند. بهینه سازی با روش الگوریتم ژنتیک و با انتخاب قید و محدوده مناسب تغییرات متغیرهای بهینه سازی انجام می گردد. در نهایت، نمودارهای پاسخ فرکانسی برای جابجایی ها و چرخش های موتور و همچنین نیروهای منتقل شده به شاسی برای حالت های معمول و بهینه مورد مقایسه قرار گرفته و نتایج حاصل مورد بحث و بررسی قرار می گیرند.
جداسازی کاملمودها حول محور گشتاور غلتشی
اگر به یک جسم صلب آزاد، گشتاوری در جهت دلخواه اعمال شود، جسم حول محوری خاص چرخش خالص دارد که به آن محور گشتاور غلتشی7 گویند .[1] سیستم مختصات هندسی - x , y , z - و سیستم مختصات حاوی محور گشتاور غلتشی - - x , y , z در شکل 1 نشان داده شده است. محور x نمایانگر محور گشتاور غلتشی است. در اینبخش برای سیستم نگهدارنده موتور ملّی مقادیر سختی به گونهای تعیین میشود که یکی از شکل مودهای سیستم، دوران حول محور گشتاور غلتشی باشد.
در واقع با این کار برای سیستم نگهدارنده حول محور گشتاور غلتشی جداسازی کامل مودها صورت میگیرد. خاصیت جداسازی کامل مودهایسیستم حول محور گشتاور غلتشی این است که در پاسخ آن سیستم به گشتاور وارده حول محور میل لنگ - محور x - ، تنها آن مود وجود خواهد داشت و سایر مودهای ارتعاشی در پاسخ اثری نخواهند داشت. نحوه تعیین موقعیت محور گشتاور غلتشی و همچنین تعیین ضرایب سختی نگهدارنده ها برای جداسازی کامل مودهای سیستم نگهدارنده حول آن محور در ادامه توضیح داده شده است.
شکل :1 سیستم مختصات هندسی و سیستم مختصات شامل محور گشتاور غلتشی [2] سیستم نگهدارندهموتور ملّی موتور ملّی بر روی سه نگهدارنده قرار دارد. یکی از نگهدارندهها هیدرولیکی و دوتای دیگر لاستیکی میباشند. شکل 2، نمایی از موتور ملّی همراه با نگهدارندههای آن را نمایش می دهد. مقادیر جرم، ممان های اینرسی جرمی و موقعیت نگهدارنده های موتور ملی در ضمیمه
آمده اند.
