动力总成悬置解耦及优化

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动力总成悬置解耦

1.动力总成介绍及主要作用

汽车行驶过程中由于路面激励、发动机、压缩机等工作都会对车身等零部件造成一定的振动，这些振动对车辆的强度、耐久性能、驾驶舒适性带来重要影响。而悬置系统是连接动力总成和车身的零件，其作用是支撑发动机的重量，隔离发动机的振动；同时还具有一定的限位作用，避免发动机的碰撞和干涉。

图1.发动机及悬置

悬置系统隔振频率范围要求：

a.当激励频率与系统固有频率之比处在λ处于0-0.75之间时，激励频率小于系统固有频率，产生的振动不明显；

b.当λ等于1时，振动特性最明显，此时系统会产生共振现象并且随阻尼比的变大振幅会随之减小；

c.当λ处于0.75~√2之间时，系统的传递率大于1，经过隔振后的振动幅度大于隔振前的振动幅值，因此需要避免在此范围内工作；

d.当λ大于√2时，此时系统传递率小于1，并随着频率比的增加传递率无限变小，隔振效果比较明显。

2.解耦的意义

解耦是指当动力总成某个方向受到激励时只会在该方向产生振动不会引起其他方向的振动，耦合则是该方向受到激振力时，会引起该方向和其他自由度方向的共同振动，从而使共振频率范围变大，更容易产生共振现象。在悬置系统设计过程中，最好能使动力总成悬置系统的六个自由度完全解耦，这样就可以减少发动机传入车内的振动从而提高舒适性。

解耦一般可以通过弹性中心理论、撞击中心理论、扭矩轴理论、能量解耦理论。能量解耦法相比于其他几个，能量解耦法操作简单、局限性较少，不需要建立主惯性轴坐标系并且与动力总成布置类型无关。能量解耦法是在系统某一阶模态下，通过计算某主振方向的能量占系统总能量的百分比来表示系统的解耦程度，若该方向所做的功全转化为系统的能量则这个方向是完全解耦的，否则该方向与其他方向发生了耦合现象。因此可以通过该方向做的功所占系统能量比重的高低来判断系统的解耦度，能量百分比越高则解耦度也就越高。

3.ADAMS发动机悬置总成建模

3.1发动机质量信息

本文所研究的发动机怠速转速为700r/min，质量及转动惯量信息如下表(只作为例子，没实际意义)：

表1.质心位置

表2.转动惯量

3.2发动机悬置信息

本例子所研究的发动机采用三点支撑，前面左右两点布置两个悬置，后面一个悬置，位置及刚度信息如下表：

表3.位置信息

表4.刚度及阻尼信息

3.3模型建立

根据表1和表2建立发动机简单结构：

图2.发动机建模

然后根据表3和表4建立衬套(悬置)，如图3，并设置衬套参数，如图4：

图3.衬套建立

图4.衬套参数设置

3.4解耦计算

点击振动分析模块，选择Test，然后选择Vibration Analysis，如图5

然后在下图中选择Normal mode Analysis，再选择Model Energy Computaion,在出现的窗口中选择Compute Modal Info，然后选择Kinetic Energy.最后点击Ok。

图5.固有频率及能量分布计算

计算后点击Vibration，选择Review→Display Eigenvalue Table，得到系统的固有频率，第一阶为6.466Hz,第六阶14.542Hz

图6.系统固有频率

各阶振型如下

X向平动

Y向平动

z向平动

x向转动

y向转动

z向转动

然后在选择Display Modal Info Table，得到各阶模态下的能量分布，然后可以点击图7中红色箭头方向观察不同模态下的能量分布。

图7.解耦情况

为了便于观察系统主振方向的解耦情况，将结果整理为下表：

表5.系统固有频率和解耦率

在上文中已知发动机的怠速转速，对于动力总成悬置系统的固有频率，应满足悬置系统的固有频率小于怠速工况时激振频率（23.3Hz）的1/√2，所以在怠速工况时，悬置系统固有频率应小于16.5Hz。同时为考虑悬置的使用寿命，各阶固有频率需要大于5Hz，从上表中可以看出1-6阶频率满足5Hz~16.5Hz，因此具有有效的隔振性能。但是第二阶与第三阶较为接近，仅相差0.18Hz；同时人对Z方向的频率最为敏感，其敏感区域为4-8Hz，因此第三阶固有频率偏低。

同时由于发动机的激振力主要来自于Z向和绕Y方向，从系统能量分布中可以看到这两个方向的解耦率比较低，并且其余方向解耦率都比较低，容易产生振动耦合，因此需要进行优化。

而由于在设计过程中，悬置的位置、发动机型号一般已确定好，所以一般只能对悬置的刚度进行优化，从而满足以上内容，下篇文章将讲解用ADAMS/Insight进行优化。