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基于整车NVH性能的动力总成悬置系统优化

宋庆谱;孙滔;曾帅;张春燕

【摘要】针对某车型怠速工况车内振动异常,测量了动力总成及悬置系统相关参数,

并对动力总成悬置系统固有特性进行计算分析,发现仅RXX向的解耦率达到目标要

求.以六自由度能量解耦为优化目标对动力总成悬置系统进行优化,结果表明,优化后

备阶模态分布合理,动力总成系统的6阶能量解耦都有所提高并且主要方向的解耦

率大于90％,满足目标要求.

【期刊名称】《农业装备与车辆工程》

【年(卷),期】2018(056)011

【总页数】6页(P66-71)

【关键词】动力总成;悬置系统;固有特性;解耦率;能量解耦

【作者】宋庆谱;孙滔;曾帅;张春燕

【作者单位】200093上海市上海理工大学机械工程学院;200093上海市上海理

工大学机械工程学院;200438上海市上海汽车集团股份有限公司商用车技术中

心;200438上海市上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心

【正文语种】中文

【中图分类】U462.3

0引言

汽车动力总成通过悬置系统与车身相连接，如果其振动不能被有效隔离就会传递到

车身，一方面会引起车内座椅、方向盘等位置的振动，另一方面也会引起车身壁板

的振动，从而向车内辐射噪声，进而影响乘员的听力和舒适性。另外，汽车行驶时

受到路面冲击，若悬置系统设计不当，会使动力总成产生较大的振动幅值，与附近

零部件产生干涉。因此，合理匹配悬置系统的各项动力学参数，有效隔离发动机振

动向车身的传递，对于控制整车的振动与噪声，提高车辆的NVH性能是至关重要

的[1]。

本文的研究对象是某皮卡动力总成悬置系统。对相关车辆进行主观评价及客观测试，

发现车辆怠速工况下，车内方向盘振动大于0.04g，座椅导轨振动大于0.01g，3

个悬置各个方向的隔振率不满足大于20dB的隔振要求，整车的NVH性能受到很

大影响。对动力总成悬置系统固有特性进行计算分析，发现仅RXX向的解耦率达

到目标要求。

1动力总成悬置系统

在动力总成悬置系统的优化及设计时，动力总成可以简化为一个具有3个平动和3

个转动的刚体模型[2]，如图1所示。

图1动力总成悬置系统示意图Fig.1Schematicdiagramofpowertrain

mountingsystem

1.1橡胶悬置元件的动力学模型

作为悬置系统的主要隔振材料，橡胶悬置元件的力学模型的分析对动力总成悬置系

统的研究极为重要。橡胶在受力工作时往往会产生一定的滞后效应，这和橡胶的材

料特性有关，它不仅具有弹性，同时还具有粘性。汽车动力总成在任意一方向运动

时，悬置元件都将阻止它的运动。由于汽车运动以及悬置元件的受力极为复杂，且

橡胶元件的尺寸比整个系统要小得多。因此，可以忽略橡胶元件的扭簧作用，可简

化成3个成正交化的弹性主轴u，v，w。3个弹性主轴u，v，w的交点便是弹性

中心e[3]。其简化模型如图2所示。图2中：Ku，Kv，Kw——3个弹性方向的

静刚度；Cu，Cv，Cw——3个方向的阻尼。3个弹性主轴方向的动刚度一般为相

应方向静刚度的1.2～2.2倍。

图2橡胶悬置动力学模型Fig.2Dynamicmodelofrubbermounting

对于单个悬置点，在局部坐标系e-uvw下，u，v和w方向上的力与其变形的关

系式为

写成矩阵形式为

式中:﹛F﹜、［K］、﹛U﹜——悬置元件在其局部坐标系e-uvw中的反作用力、

位移、刚度矩阵。

1.2悬置系统参数获取

本文研究的皮卡的动力总成悬置系统是纵置的，安装时后倾4.7°，采用了三点悬

置支承动力总成。在对动力总成悬置系统进行模型分析时，其各项参数对研究结果

起到至关重要的作用，准确的参数能很好预测和估算悬置系统的性能。

动力总成系统的总质量为370.8kg，这里的动力总成的重量主要包括发动机、变

速器以及附件的重量。用悬吊法来获取动力总成的位置中心，整车坐标系中，动力

总成的质心坐标（X，Y，Z）为（1924.828，-5.552，213.605）mm。

动力总成惯性参数，包括绕过质心的参考坐标轴的转动惯量以及惯性积。通过三线

扭摆法测得动力总成的惯性参数