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1、动力总成的隔振设计与稳健性分析翁建生南京航空航天大学车辆系2009-02-26一、动力总成悬置系统与车辆NVHn n1、坐标系统n n车辆坐标：n n动力总成坐标n n动力总成惯性主轴 如果动力总悬置系统设计能使动力总成仅产生绕惯性主轴转动，动力总成悬置系统产生的力趋于零。二、动力总成的激励源1. 发动机点火脉冲产生的作用力n n发动机气缸内的压力变化n n发动机的转速变化（600rpm-6000rpm）n n四缸机 f=20-200Hzn n六缸机 f=30-300Hz二、动力总成的激励源2. 发动机不平衡惯性力与力矩n n四连杆机构与曲轴产生惯性力与力矩n n多阶次激励怠速激励是动力总成悬
2、置设计的激励源三、动力总成悬置设计的基本要求n n动力总悬置的基本作用n n动力总成悬置的设计要求n n动力总成悬置的刚度、阻尼与位置n n振动隔振理论n n动力总成悬置的刚度和位置的设计n n悬置的类型3.1动力总成悬置的作用n n定位和支撑动力总成系统(重量分布、系统布置干涉、主惯性轴位置）n n承受输出扭矩的反作用力矩n n承受车辆加速、减速、启动、制动、转向、路面输入的反作用力n n隔离动力总成振动传输到车架（车身）n n隔离高频结构产生的噪声n n吸收路面（悬架）产生的振动3.2、动力总成悬置设计要求 n n满足NVH的要求频率：六自由度固有频率小于 怠速激励频率 六自由度尽可能解耦
3、n n满足动力总成的在发动机仓内布置和不产生干涉n n满足耐久性要求（温度、冲击、老化）n n满足安全碰撞规范要求 n n低成本与轻量化3.3 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置n n动力总成悬置布置应尽可能使动力总成绕惯性主轴自由滚动 n n悬置布置在动力总成上振动幅值小的位置n n悬置布置在车架(车身)侧应在刚度大,并且力/位移灵敏度小的位置3.3 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置n n动力总成悬置的位置应布置有悬架安装点附近,能最大地隔离路面的振动n n悬置的位置布置应使动力总成六自由度尽可能解耦.n n动力总成悬置的刚度、阻尼与位置设计要进行优化设计3.3 动力总成悬置的刚度、阻尼与位置n
4、n动力总成悬置的刚度,从隔振方面考察应尽可能小, 阻尼在共振区要求高,在隔振区要求低,要平衡设计.n n悬置支架的刚度要高,低刚度可能产生共振并降低隔振效果.通常悬置支架的固有频率大于 500Hzn n发动机仓的布置约束对悬置位置有干涉.主要有排气系统 风扇 副车架 发动机附件3.4 动力总成悬置类型n n橡胶悬置n n液压橡胶悬置n n半主动控制悬置n n主动控制悬置阻尼控制?Requirement of engine mountn nAt low frequency(20Hz-200Hz), the mount should be soft to isolate vibration四、动力
5、总成的隔振系统基本理论4.14.1隔振区隔振区 激励频率与动力总成激动频率之比大于激励频率与动力总成激动频率之比大于 动力总成的最低激励频率是发动机怠速激励频率动力总成的最低激励频率是发动机怠速激励频率一般希望动力总成的滚动模态固有频率一般希望动力总成的滚动模态固有频率10-12 Hz10-12 Hz四、动力总成的隔振系统基本理论4.2系统的动力学方程为： 4.3 优化设计假设: 六自由度模型:支架刚度无穷大(刚性) 不考虑动力总成弹性 悬置三向刚度,不考虑扭转刚度 解耦设计时不考虑悬置阻尼优化目标:能量解耦 动反力最小4.3 优化设计 能量解耦目标大于85%,滚动模态和Z向模态的与其它模态解
6、耦度大于92%. 六个自由度固有频率分隔大于1Hz .滚动模态频率要尽可能小.优化设计变量: 悬置三向刚度 悬置的位置与安装角4.3 优化设计n n优化设计的输入数据:动力总成的质量 转动惯量 质心位置悬置的初始的安装位置坐标(质心坐标)节器安装角和可能的范围悬置的初值和可能范围 n n优化算法 全局优化算法:GA 进化算法 模似退火4.4 优化算例五、稳健性分析为什么要进行稳健性分析？为什么要进行稳健性分析？动力总成悬置的刚度变化在动力总成悬置的刚度变化在 10-15%10-15%主要原因：主要原因： n n橡胶材料与制造尺寸变化橡胶材料与制造尺寸变化n n装配与安装误差装配与安装误差分析方
7、法：蒙特卡洛分析方法：蒙特卡洛(Monte Carlo)(Monte Carlo)方法方法 正交试验分析正交试验分析 区间理论分析区间理论分析 CAECAE模拟模拟六、动力总成隔振性能整车状态评价为什么要进行整车评价？n n 动力总成的支架、车架（车身）不是绝对刚性n n动力总成刚体模态、悬架模态和整车刚体解耦。六、动力总成隔振性能整车状态评价整车模态分析 整车状态下动力总成模态车架固定时动力总成模态排气系统模态副车架模态悬架模态六、动力总成隔振性能整车状态评价n n道路试验评价：动力总成隔振率方向盘振动座椅振动地板振动司机耳侧噪声工况：怠速、定置加速、WOT、POT、恒速动力总成设计流程标杆样车试验动力总成设计 车辆各部的约束结构设计CAE 优化设计与稳健分析样车评价
