靳繼濤 張義博 李騰 婁威振

（1.大運(yùn)汽車(chē)股份有限公司乘用車(chē)技術(shù)中心；2.拾音汽車(chē)科技（上海）有限公司性能開(kāi)發(fā)部）

隨著環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，國(guó)家不斷加大對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)的管控，清潔、環(huán)保的純電動(dòng)汽車(chē)已成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主要趨勢(shì)。由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器組成的動(dòng)力總成振動(dòng)激勵(lì)和路面隨機(jī)激勵(lì)成為了電動(dòng)汽車(chē)的主要激勵(lì)源，因此改善汽車(chē)隔振特性是作為整車(chē)NVH開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)成員艙的乘坐舒適性有著重要影響[1]。改善懸置支架的隔振作用是改善懸置支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的，懸置系統(tǒng)通過(guò)合理配置，在動(dòng)力輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，要能夠有效降低動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)干擾傳遞到車(chē)身的振動(dòng)水平，減輕駕駛員和乘員感受的振動(dòng)不平度，提高整車(chē)舒適性[2]。因此，懸置支架在實(shí)車(chē)安裝狀態(tài)下的模態(tài)分析及仿真分析精度具有重要工程作用。因此，準(zhǔn)確計(jì)算在整車(chē)安裝狀態(tài)下的懸置模態(tài)對(duì)于NVH后期調(diào)教，保證成員艙的乘坐舒適性有重要意義。

1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)

結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題由激勵(lì)、振動(dòng)結(jié)構(gòu)和響應(yīng)3部分組成，如果已知激勵(lì)和響應(yīng)，特征值求解的結(jié)果是結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的特征值和特征向量。單自由度振動(dòng)系統(tǒng)由質(zhì)量、剛度、阻尼和激勵(lì)構(gòu)成。系統(tǒng)的振動(dòng)方程如下：

所謂結(jié)構(gòu)特征值問(wèn)題，就是假設(shè)系統(tǒng)在無(wú)阻尼及無(wú)外載荷狀態(tài)下求解自由振動(dòng)的模態(tài)矢量。在無(wú)阻尼和外載荷的情況下，振動(dòng)方程可變形如下：

上式可求解一系列離散特征值。每個(gè)特征值對(duì)應(yīng)3個(gè)特征向量。每個(gè)特征值和特征向量決定了結(jié)構(gòu)的一種自由振動(dòng)模式[3]。

2 懸置支架整車(chē)安裝狀態(tài)下有限元模型建立

本文采用的懸置形式為橡膠材料懸置。橡膠材料的彈性模量比金屬小，隔振效果明顯。同時(shí)，橡膠件的形狀不受限制，各個(gè)方向的剛度可在一定范圍內(nèi)自由選擇，能承受多向載荷。利用分子間摩擦產(chǎn)生的阻尼，能較好地吸收振動(dòng)和沖擊能量，所以兼有彈簧和阻尼2種作用。本文選用的懸置結(jié)構(gòu)為金屬粘結(jié)型，即兩端是金屬骨架，中間夾有1層橡膠的懸置結(jié)構(gòu)[4]。

懸置支架有限元模型應(yīng)具備足夠的準(zhǔn)確性，既能反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征、結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，又能保證網(wǎng)格質(zhì)量，保證結(jié)果計(jì)算的精確性，因此懸置按照以下規(guī)則進(jìn)行建模：1）懸置支架本體為鑄鋁件，采用大小為4 mm的1階4面體單元進(jìn)行建模；2）懸置襯套為厚度2 mm的鈑金件，采用大小為4 mm的殼單元進(jìn)行建模；3）減速器殼體采用大小為4 mm的1階4面體單元進(jìn)行建模；4）減速器殼體與懸置支架連接的部件采用大小為4 mm的2階4面體單元進(jìn)行建模；5）懸置支架和減速器殼體、減速器殼體和減速器殼體之間均采用螺栓連接，采用RBE2單元進(jìn)行螺栓連接模擬；6）鑄鋁骨架和橡膠采用mass質(zhì)量點(diǎn)的方式均布到襯套的殼單元上；7）懸置襯套和懸置支架本體采用TIE連接。如圖1所示。

圖1 懸置支架整車(chē)安裝狀態(tài)有限元模型

3 懸置支架整車(chē)安裝狀態(tài)下模態(tài)試驗(yàn)方法

模態(tài)試驗(yàn)分析是依據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，由系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)處理，采用模態(tài)參數(shù)識(shí)別法對(duì)實(shí)測(cè)到的每個(gè)傳遞函數(shù)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別，從而得到被測(cè)系統(tǒng)的固有特性。

由于懸置的大小和布置空間的影響，每個(gè)懸置只能布置3個(gè)傳感器進(jìn)行模態(tài)測(cè)試和模態(tài)識(shí)別。本試驗(yàn)采用錘擊法，由于錘擊法獲得的頻率帶寬與錘頭關(guān)系密切，硬錘頭進(jìn)行錘擊測(cè)試時(shí)，在低頻段會(huì)有相干質(zhì)量干擾，因此本試驗(yàn)采用塑料頭。對(duì)每個(gè)激勵(lì)點(diǎn)錘擊3次，得到響應(yīng)信號(hào)。

4 分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)標(biāo)

利用上述有限元模型，襯套剛度采用BUSH單元進(jìn)行模擬仿真，輸入X、Y、Z 3方向剛度，同時(shí)約束B(niǎo)USH單元自由端自由度，采用OPTISTUCT求解器進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，分析結(jié)果為前懸置1階模態(tài)為571 Hz，后懸置1階模態(tài)為726 Hz，右懸置1階模態(tài)為908 Hz，振型如圖2所示。

圖2 懸置支架實(shí)車(chē)安裝模態(tài)分析結(jié)果截圖

如圖3所示，根據(jù)頻響曲線、相位曲線、相干性曲線可以看出相干性非常好，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)完全由激勵(lì)引起，激起了關(guān)心頻率范圍內(nèi)的模態(tài)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析得到3個(gè)懸置在安裝狀態(tài)下的模態(tài)值，前懸置1階模態(tài)為592 Hz，后懸置1階模態(tài)為769 Hz，右懸置1階模態(tài)為959 Hz，如圖4所示。仿真分析和試驗(yàn)誤差控制在了5.5%以?xún)?nèi)，如表1所示。

表1 懸置支架在實(shí)車(chē)安裝狀態(tài)下仿真與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)結(jié)果

圖3 模態(tài)試驗(yàn)相干性結(jié)果

圖4 懸置支架實(shí)車(chē)安裝模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

通過(guò)懸置支架仿真分析與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)，誤差控制在了5%范圍內(nèi)，初步規(guī)范了懸置支架有限元模型。為預(yù)測(cè)未來(lái)懸置NVH特性和試驗(yàn)提供有力的理論依據(jù)，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間。懸置支架模態(tài)更符合實(shí)車(chē)安裝狀態(tài)，建議采用電機(jī)和懸置支架整體建模。