动力总成悬置系统设计问题探讨

1、悬置系统固有频率分布方面的要求

1)最小固有频率应高于半阶次发动机怠速激励频率，这点很重要，否则可能由于发动机点火不均，导致怠速时严重的车内低频抖动问题；

2)最高固有频率低于发动机怠速激励频率的0.707倍，主要是考虑隔振的要求；

3)绕曲轴的固有频率最好处于发动机怠速激励频率的0.5倍之下，以保证较好的悬置隔振性能；

4)Z向固有频率要考虑与车轮共振频率的分割关系，前置前驱车可能要使动力总成Z向固有频率避开前轮共振频率，防止模态耦合，而纵置车可能要使动力总成Z向固有频率接近整车一弯、一扭模态，这样动力总成可作为动力吸振器使用，而降低车身振动；

5)同时还要考虑动力总成避开4-7Hz这样一个人体敏感的频率范围。

2、对地和对车模态

固有频率设计时还要考虑动力总成放置在地面上和放置在整车上模态会有变化，侧向、垂向模态都有可能提高，这点在设计之前就应该考虑到。这可以用ADAMS建立整车16自由度模型仿真获取,本公众号也有相应的文章供参考。

图1 整车16自由度建模

3、低频隔振与高频隔振的考虑

悬置点位置的放置除影响低频隔振性能之外，高频时由于动力总成弹性模态的影响，可能导致较差的隔振性能，因此悬置点应尽量布置在动力总成节点处。

图2 节点对车内噪声的影响

4、悬置系统的解耦计算及优化

1）解耦计算可以采用Adams或是Matlab完成，用Adams计算会和Matlab计算的结果存在一些差异，一般频率方面差异不大，主要是能量解耦方面，由于MATLAB所开发的程序是基于自由度能量法得到的能量分布矩阵，即6×6能量分布矩阵，而ADAMS模型仿真出来的解耦率是基于惯性参数的能量分布矩阵，即6×9能量分布矩阵[8-9]，使解耦率存在少许差别，但不影响模型的准确性，依然可认定为该模型的建立是正确的。但个人还是认为采用Matlab编程计算应该是最好的，这也是大部分厂家所采用的。

图2 ADMAS计算的频率及解耦率

2）当然也可以用EXCEL编程来计算，EXCEL的功能很强大，几乎可以用于前期的动力总成惯量合成与转换，TRA计算以及解耦等。

图3 EXCEL悬置计算程序编制

3）悬置系统优化属于多变量多目标优化，可以采用Matlab+Isight结合多目标遗传优化和一些常规梯度优化算法或者直接用多目标遗传算法（NSGII）来做，效果还是比较好的。

5、悬置结构的选择

设计之初，就应该考虑所用悬置的结构、类型及在空间的布置方式，不同的悬置三向刚度比例是不一样的，这些都是优化的约束条件，悬置的阻尼比可以不用考虑，无论是橡胶悬置还是液压悬置都是如此。如果非要考虑，一般可在后期多体动力学分析时加入。

图4 悬置刚度比例

6、系统设计的好坏，一般从固有频率分布和能量解耦率的高低来评价，很多人更热衷于用能量解耦率高来判断，其实这是很有问题的，固有频率的合理分布应该是最为重要的，能量解耦率高并不代表能得到较好的NVH性能。最好能补充以下强迫响应分析，比如以总动反力最小或者动力总成质心位移最小作为目标进行优化得到的结果会更合理。

图5 悬置频响分析

7、敏感性和稳健性分析

系统的稳健性分析可以采用6sigma方法进行，后期NVH调校可以结合敏感性分析（DOE）来做。这些内容公众号中也有不少文章，大家可以参考。

8、非线性刚度设计和载荷工况计算

前面的固有频率和能量解耦率分析只能给出悬置的合理的线性段刚度，悬置的非线性刚度设计其实是悬置系统设计的一个非常重要的工作，有了非线性刚度曲线以后才能进行28工况载荷计算，至于如何进行28工况载荷计算可以参考我公众号中的一篇文章，或者也可以到IND4汽车人平台购买课程学习。

图6 悬置28工况载荷计算

9、结构FEA

基本上上面系统设计完成后，悬置的刚度曲线以及支架的承载力都有了，这样便可以设计悬置胶合件结构以及计算悬置支架模态、强度等了。

10、NVH调试

后期在整车NVH性能调试过程中，可能仍然需要对悬置做出更改，NVH调试包含很多方面，怠速隔振性能、各类行车工况、方向盘、座椅振动、车内噪声等等很多。