根据发动机的工作特点,其工作转速由低到高大致可分为以下几个阶段:启动过程区,怠速运转区,加速过渡区和常用工作转速区,由于发动机的工作范围很宽,要求在整车转速区域内不出现共振是不可能的。后三个区域是常用区段,而启动过程区很快可以完成,只要启动过程快速通过发动机悬置系统的固有频率所在区段,加之系统的阻尼作用,共振将很快被抑制,因此发动机悬置系统的固有频率应该布置在启动过程区,避开其他转速区段。
一般地,对于四缸机来说悬置系统的固有频率分布在5-25HZ范围内。
图1 悬置系统模态方向示例
1、发动机垂向振动的固有频率(Bouce)
因发动机二阶惯性力和路面的激励都接近于Z向,该频率显得非常重要,根据隔振理论,只有当激励频率大于系统固有频率的1.414倍时才具有隔振效果。发动机的垂向固有频率与发动机二阶垂向惯性力的激励频率的比值应小于0.707倍,还应避免前轮垂向振动的固有频率(一般在15.49HZ),避开整车一阶弯曲固有频率(一般为53HZ),另外考虑路面的不平的激励会引起整车过大的上下振动的载荷,动力总成还有动力吸振器的作用,这个方向的固有频率不能过小,所以一般范围在8.5-11HZ。
2、发动机绕Y轴转动的频率(Pitch PT/Roll)
因发动机干扰力矩的方向接近于这个方向,尤其在低速时燃气爆发压力引起的力矩占主要地位。该频率的布置关系到隔振的成败。一般的,这个频率应该低于发动机怠速下的激励频率的0.71倍,同时应该高于整车的俯仰的固有频率(一般为1.77HZ),同时考虑悬置系统不能太软,所以一般范围为8-12HZ。
3、发动机绕X轴的固有频率(Roll)
考虑到不要引起怠速转速下的激振力共振,同时避开车身的扭转固有频率(一般为38.6赫兹),所以一般范围在8-18赫兹。
4、发动机横向振动固有频率(Fore_Aft)
需要考虑发动机在极限工况下的发动机动力总成不发生过大的移动,且有限制加速或制动时前后窜动量的作用,避免发动机风扇与发动机其他部件碰撞,也应满足低于发动机怠速下的激励频率的0.71倍,所以一般范围在7-13赫兹。
5、发动机纵向振动频率(Lateral)
车辆直线行驶时,这个方向的激励不大,只要考虑到在转向工况下这个方向的位移不致于太大,所以一般范围在5-15赫兹。但模态越高对操稳性越好,要求与Roll模态分离
6、发动机绕Z轴转动的固有频率(Yaw)
由于整车方向盘的转角激励是低速的,只要避开这个转向振动频率即可,一般范围在8-17HZ,需要与Roll模态分离。
如果悬置系统中包含液压悬置,液压悬置滞后角峰值所处频率应调整到悬置系统垂向频率处。如果没有使用液压悬置,建议Bounce和Pitch模态耦合,并与前轮共振频率分离。Pitch和Yaw要考虑与惯性力、力矩频率分离。
最低价模态应>6Hz,4~7Hz人体较为敏感。最高阶应满足基本的隔振要求。
一般地,实际在整车布置的过程中,特别是前置发动机,还有很过限制因素,可能某一个模态会引起共振,所以,在实际的优化过程中,应该根据具体情况,具体分析。不断调整约束条件不断进行优化,达到最优的结果。
以上是以前置前驱车型为例做的说明,如果是前置后驱纵置车型则要把Roll和Pitch的模态要求交换一下。