动力总成悬置和支架的动力学特性及其对动力总成高频噪声的影响（三）
悬置系统高频NVH性能评价
动力总成悬置系统的低频特性通常采用最小响应优化理论等方法进行优化。该方法可以通过优化低频时车身响应的最小化来定义动力总成悬置类型、弹性元件的动态刚度和悬置安装位置。这对获得基本设计参数是有效的。
通过有限元或实验方法对支架系统进行进一步的分析，可以设计动力总成侧支架、车身侧支架、悬置结构和悬置内芯，使其在较高的频率下产生令人满意的噪声路径特性，而不必改变之前建立的设计特性。这是通过了解定义这些部件设计的参数如何与更高频率下的基本安装设计参数相互作用来实现的。以下是评估悬置支架系统高频NVH性能的两种方法。
（1） 噪声路径分析
（2） 导纳分析
1、噪声传递路径分析
噪声路径分析将车辆内部的噪声从每个噪声路径分解为其组成部分。在结构噪声的情况下，这通常意味着通过弹性隔振器（如动力总成悬置、悬架衬套、排气吊耳等）的每个路径的贡献。通过测量或预测噪声路径参数来实现并在此基础上建立每条噪声路径的方程参数，然后测量噪声路径的激励，并计算了各噪声贡献。
图1 传递路径分析
在系统设计的早期，可以使用噪声路径分析方法来确定每个噪声路径参数的允许限值。这使得每个设计小组能够在组件级评估耐久性，同时仍然会考虑系统的影响。对于动力总成悬置，高频结构噪声路径的特征是随机和谐波源激励（R），它从动力总成传递到动力总成支架，并且在支架系统共振附近经常被放大（MB1）。这导致在悬置弹性元件的动态位移（X1）有如下公式：
X1(ω)= R(ω). MB1(ω) （1）
式中：
X1(ω)：发动机侧支架在悬置连接处的位移
R(ω)：发动机侧支架在连接发动机处的位移
MB1(ω)：位移从发动机侧支架连接悬置处到连接发动机处的放大系数
然后，动态力（F）作为弹性元件的动态刚度（K）和支座的相对位移（ΔX）的函数传递到车身侧支架中。如果车身侧部位移比动力总成侧小一个数量级，则车身侧位移通常被忽略。然而，在高频范围内，支架和面板的共振可能会在车身侧产生明显的位移，必须予以考虑（X2）。
悬置向车身侧的传递力的推导见公式（2）（3），是各个频率下的幅值差乘以响应激励频率、幅值的动刚度。
ΔX（ω）=X1(ω)-X2(ω) (2)
F（ω）=K(ω). ΔX（ω） (3)
式中：
K(ω)：悬置在各个频率下的动刚度
X2(ω)：车身侧支架连接悬置处的位移
F(ω):动态力
然后，传递到车身侧支架的动态力可以通过局部车身侧共振放大。在这种情况下。施加在车身结构上的力为：
F（ω）.MB2（ω） （4）
式中：
MB2：从车身侧支架连接Body处到连接悬置处的力的放大系数
然后，进入车身的动态力F通过车身传输到乘客舱中，从而激发车辆中的声腔共振，产生噪音。这种传递函数（P/F）是基于驾驶员右耳在给定位置和方向上的单位力输入引起的压力响应。
N (ω) = F(ω). MB2(ω).P/F (ω) (5)
图2中的简化示意图显示了单一弹性体噪声路径分析的这些原理。
图2结构承载高频噪声路径示意图
噪声路径的完整方程为：
N(ω)={K(ω).[ X1(ω)- X2(ω)]}. MB2(ω).P/F(ω) （6）
X1(ω)= R(ω). MB1(ω) （7）
为了简单起见，MB2支架放大率通常包含在车身的传函P/F中。然而，这意味着实验测量的P/F必须通过对悬置的切割体侧结构施加激励来测量。此外，车身设计师必须意识到，分析生成的P/F还必须考虑悬置结构的影响。
从方程式6和7可以看出，可归因于悬置和支架设计的NVH性能的噪声路径参数是动力总成侧支架放大率（MB1）。安装动态刚度（K）和车身侧支架放大率（MB2或P/F）。为了评估这些参数，可将安装/支架系统的相互作用分解为以下子系统及其相应的参数。
（1）动力总成侧支架动刚度（MB1）
（2）弹性元件的动刚度（K）
（3）车身侧动刚度（MB2，P/F）
1.1 动力总成侧支架位移（MB1）
为了进行从动力总成结构到DAE的试验或分析噪声路径分析，必须适当考虑支架和支架的放大效应。这意味着必须准确地描述放大率特性（MB1）。动力总成的振动在动力总成支架处产生动态位移。如果这个支架是刚性的，它会把位移直接转移到支座的弹性元件上。然而，在300至1000HZ的高频范围内，这些支架和支撑结构通常存在共振，这可能会放大动力系统的位移。因此，实验或分析确定支架可能产生的放大倍数至关重要。分析中必须考虑以下两个因素：
① 发动机连接处的柔度；
② 与橡胶连接处的附加质量
如前所述，为了便于分析，悬置金属内芯通常成为动力总成侧支架的一部分。这种内芯的质量对支架系统的谐振频率有非常显著的影响。这种效应的重要性将取决于共振的振型。如果内芯是模态质量的一部分，那么系统的平均频率将显著低于在考虑内芯的情况下所分析的支架，且位移较大。图3显示了变速器侧盖、安装支架和安装镶块的有限元模型。该模型用于预测覆盖/支架/插入系统动刚度。
图3 变速器侧盖和动力总成支架/插件有限元模型
图 4 驱动点导纳性功能。是否考虑集中质量：垂直激励引起的安装点响应
图4显示了一个错误的例子，该错误可能发生时，试图预测支架安装点的动刚度，而不考虑集中质量。此图显示了悬置安装点的频率响应函数，包括集中质量和不包括集中质量的对比。在这个例子中，不包括集中质量时共振频率被提升了100HZ。
当使用这种类型的分析模型或实验测试装置来建立支架i插入放大系数时，必须包括支撑结构的柔性。如果该结构在该关注的频率范围内不是刚性的，则由于支架I在支撑结构上插入柔性，可能存在附加模式或耦合模式。
考虑到这些因素，可通过测量对分析的、科学的响应来确定传递率或放大系数（MB1）。或施加激励。应评估支架连接螺栓底座和支架I插入端或弹性中心的响应。通过将内芯顶部三轴加速度的矢量大小除以每个支架底座螺栓处三轴加速度的包络矢量大小，可以建立一个传递系数或放大系数，有效地表征支架对动力总成侧位移。该因子可代入噪声路径方程或与设计目标进行比较。
1.2 悬置弹性元件刚度（K）
在噪声路径分析（NPA）方程中，弹性元件的贡献将由复合动态刚度特性（K）确定。这种动态刚度函数是橡胶性能的函数。与静态预载以及设计结构有关。在液压悬置的情况下，这变得更加复杂，因为上下液室被引入，以获得非线性的刚度关系和特定频率下更高的阻尼水平(图5)。这种动态刚度函数通常是在机械测试过程中获得的，该过程以正弦扫描的形式施加激励，并测量每单位力的位移。
图5 某液压悬置刚度测试结果
该试验在每个安装方向的3个轴上进行。在支座上施加预紧力，模拟支座在实际工作状态下的预载位移是非常关键的。该预载补偿了静态和准静态载荷，如动力总成重量、发动机扭矩或车辆操纵引起的动力总成惯性力以及崎岖路面输入引起的刚体反应。这些预载可以通过实验测量位移或通过分析预测力来再现。
提供完整的0~2000Hz范围内的悬置动刚度曲线对研究悬置系统高频力传递意义较大( 图6）。当测试达到此频率时，测试设备、光纤结构和悬置结构本身都会影响测试结果。该试验应设计为仅通过夹具评估弹性体性能，以避免悬置结构和试验夹具重新损坏。如果无法获得刚度足够高的夹具，则通常可以外推数据以创建完整的高频动态刚度曲线。高频悬置刚度相对于低频刚度会发生较大的变化，悬置刚度硬化问题，悬置结构本身共振问题都会对悬置刚度产生较大的影响。
表1 悬置动刚度测试要求
图 6 频率高达2000HZ的动刚度曲线
1.3 车身侧结构位移传函（P/F）
施加在车辆车身侧的弹性元件刚度将产生与车身结构声敏度或P/F（声压力）有关的噪声。
这是发动机经发动机侧支架、悬置、车身侧支架传递过来的力经此传递函数缩放而在车内形成噪声（或振动）响应。描述车身侧移的建议方法是在P/F函数中包含车身侧托架放大系数（MB2）。为了实现这一点，通过将装配在车辆上的悬置结构切掉，以及测量驾驶员右耳位置处的声压（DRE）。因此，通过修改局部支架刚度、与车身连接点刚度，可以改善振动噪声传递函数
从车身侧支架与车身连接处至车内噪声（或振动）传函包含了车身性能的影响。包括悬置结构在内的局部车身侧支架通常可以在与局部模式对应的频率处放大灵敏度。因此，与橡胶粘合的悬置结构成为车辆关键NVH参数之一的关键环节。如果这种结构的设计和质量产生了额外支架模态，那么结果可能是通过该路径传递灵敏度增加。当通过这种方式获得传递函数P/F时，它可用于评估高频噪声路径，并判断悬置结构或车身侧支架的更改的有效性。
