动力悬置系统强迫振动分析及优化

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常规的的动力总成悬置系统仿真分析一般会进行刚体模态解耦以确定悬置的线性刚度，再根据动力总成位移控制的要求来设计悬置的非线性刚度，随后计算28工况下动力总成质心位移和转角以及悬置所受支反力，进而对悬置的耐久性能进行计算。更详细的要求则是逐一完成表1的仿真项目。而本文我们将给大家介绍动力总成悬置系统的强迫响应分析的内容。包括以下三项内容：怠速抖动Idle shake，停振动Key-on/off shake以及路面激励振动rode shake。

1 怠速抖动Idle shake

怠速工况是发动机常用工况，如果悬置系统隔振性能不好，驾驶员会感受到很明显的抖动，对乘坐舒适性有很大影响，所以对悬置系统的隔振性能分析很有必要。仿真中通过在发动机质心处加载沿曲轴转动方向的单位转矩激励，计算动力总成悬置安装点的支反力矩来评判悬置系统的传递率，根据对标车型仿真模型计算结果，要求25 Hz 时传递率低于目标值0.12。其计算公式为：

式中：fi 为悬置支反力向量：ri 为悬置到动力总成质心的位置向量。图1 为某悬置振动传递率，由图1可知该悬置z 向传递率低于目标值。

图1 怠速工况下传递率

该怠速传递力矩可以通过MATLAB编程计算得到，而且还能结合ISIGHT软件对该力矩进行优化，编程及优化过程可以扫描文末二维码了解。

2 启停振动Key-on/off shake

点火/熄火振动的主要激励源是由燃烧压力导致的转矩波动，此时会产生急剧的力矩变化，所以与之相关的系统会产生噪声与振动，发动机点火过程可以分成三个阶段，一为电动机拖动发动机转动阶段，在此阶段所产生的振动主要激励源来自启动反作用力和气缸内的气体压力；二为初始点火阶段，在这此阶段内，主要的激励源则是迅速上升的发动机转矩。三为发动机退出阶段，此阶段可能会出现起动机拖尾音。

图2 发动机启动过程

发动机振动控制的途径大致可以分为：削弱激振源、避免共振、减振和隔振。由于削弱激振源和避免共振需要从发动机整体设计上进行规划，在本研究中，主要控制措施为振动隔离，所以对发动机悬置的优化就显得至关重要。启停振动是时域内的瞬态振动，在本研究中把它转换为具有线性悬置刚度的发动机悬置系统频域内的问题，所以对在发动机质心处加载的沿曲轴转动方向的单位转矩的频响分析很容易检验发动机悬置系统的隔振性能。图3为某悬置系统在单位扭矩激励下动力总成质心平动加速度和转动加速度分析结果。同时还能输出每个悬置的支反力（见图4）。

图3单位扭矩激励下动力总成质心位移和转角

图4 单位扭矩激励下各悬置支反力

通过matlab编程结合ISIGHT可以对质心位移和支反力进行优化，该方法的实际使用案例见文章《基于动力总成质心位移及转角控制的悬置系统优化设计》

3 路面激励振动rode shake

路面激励振动是由路面不平引起的10 ～ 20 Hz内的低频振动，是汽车振动的基本输入，与动力总成垂直方向的模态和悬置阻尼相关，不同的行车速度和不同的路面情况不一样。解决在随机不平路面激励下整车及零部件的振动问题，是提高汽车行驶平顺性、安全性及零部件可靠性的重要基础。在仿真中，在前轮轮心加载z 向单位位移激励，观察动力总成质心和车身追踪点的垂向加速度来评估悬置系统的性能。由于在轮心加载需要用到16自由度模型，需要更多的参数来建模，在此也可以用简化的6自由度模型来评估，把单位位移激励载荷加载到动力总成质心处，可以得到路面工况下加速度以及悬置力（见图4）。