18.MotionView在发动机悬置设计中的应用

整车技术部设计指南

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发动机悬置设计

5.1 概述

汽车的乘坐舒适性——NVH（Noise-噪声、Vibration-振动和 Harshness-声振舒适性）

越来越受到人们的重视和关注 ，因为噪声、振动和舒适性，是衡量汽车制造质量的一个

综合问题，它给汽车用户的感觉是最直接和最表面的。作为汽车动力源的发动机是汽车

主要的振动激励源之一，其气缸燃气压力、转速及输出转矩的周期性波动及不平衡惯性

力（矩）既激起发动机动力总成本身的刚体振动和弹性振动，又激起汽车动力传动的扭

转振动和弯曲振动等，从而导致十分严重的振动、噪声及结构问题，最终传递给车身，

引起整车振动与噪声。

汽车动力总成悬置系统是指动力总成（包括发动机、离合器及变速箱等）与车架或

车身之间通过弹性悬置元件连接而成的系统，发动机动力总成的振动与路面激励力是通

过弹性悬置元件传给车身，该项系统性能设计的好坏直接关系到发动机振动向车体的传

递，影响整车的 NVH 特性。因此，最大限度的减小发动机动力总成所产生的振动及噪声

向车身传递，是汽车减振和降噪的主要研究内容之一。

5.2、悬置系统功能介绍

5.2.1

悬置总成的功用

a)悬置系统的首要作用即最基本的作用是支承动力总成的动、静载荷，并使发动机

动力总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与前舱内其它零部件发生干涉；

b)隔离发动机动力总成的振动，最大限度地降低从发动机动力总成传递到车身/车架

上的振动，能有效的降低振动及噪音；

c)在汽车做紧急制动、加速或受其它外界负荷的作用下时，发动机不应有过大的位

移；

d)隔离由于轮胎及车身的抖动而产生的振动和噪音通过悬置系统而传向发动机动力

总成，降低振动及噪音；

e)悬置系统元件需有足够的使用寿命。

5.3 动力总成悬置系统设计方法

5.3.1 设计需解决的问题

a)主要起支撑减振的作用，因而，悬置必须要能够支撑起动力总成，并且保证其三

基于ADAMS的发动机悬置系统设计

摘要：发动机悬置系统的动静态特性影响整车的行驶平顺性，因此对发动机动力总成的研究可以在一定程度上改善乘车的舒适性和行驶的平顺性；本文分析了ADAMS的发动机悬置系统设计。

关键词：振动与渡；发动视总成；悬置系统；ADAMS；优化设计

随着汽车技术的快速发展，现代汽车设计正朝着微型化、经济化和轻型化的方向发展。然而，使用小缸数和大功率发动机会增加发动机振动的激励增大;车身质量的降低反过来又会导致车身刚度的降低，从而导致从发动机传递到车身的振动增加，以及车辆内部振动和噪声特性的恶化。传动系可见悬挂系统的隔振特性对车辆的舒适性有重要影响。可见动力总成悬置系统不仅可以减少底盘的振动传递，降低车内噪声，提高行驶舒适性，而且可以更好地保护传动系。

一、动力总成悬置系统的优化设计

1．解耦设计的研究。两个或两个以上的振动模式的振动输入在一定的振动模式下(或在某一广义坐标方向)是耦合,导致另一个振动的响应模式或多个模式(或在另一个广义坐标方向或在多个广义坐标方向),和耦合分离称为分离。解耦的目的是使每个自由度的振动(即,每个振动模式)相对独立或分离,这样的措施可以采取独立的自由度隔振效果较差,而不影响其他方向的相关性能的自由度。当各自由度相互独立时，谐振频率可能小于存在耦合时，特别是在高激发能方向，以确保解耦。动力总成悬置系统的动态特性与发动机质量、惯性矩、悬置系统参数(支承位置、支承单元刚度、安装角)有关。通常,中心的主惯性轴动力总成悬置系统作为坐标系统安排弹性元素,所以弹性支承的弹性中心位于主惯性轴悬挂系统,消除弹性耦合,因此发动机曲轴的扭转振动和其他方向的振动解耦程度较高。条件下的车辆安排,然而,完全解耦的悬架系统是一个复杂的过程,因此,通常实际上只要在主振动力量(曲轴惯性力矩的方向,旋转离心力和曲轴的转矩,活塞连杆和路面不平度引起的垂直方向不平衡惯性力)方向满足要求的解耦。

《某乘用车动力总成悬置系统隔振分析与优化设计》

一、引言

随着汽车工业的快速发展，乘用车的动力性能和舒适性越来越受到消费者的关注。动力总成悬置系统作为连接发动机与车身的重要部分，其隔振性能的优劣直接影响到整车的驾驶平稳性和乘坐舒适性。因此，对某乘用车动力总成悬置系统的隔振分析与优化设计显得尤为重要。本文将针对某乘用车动力总成悬置系统进行隔振分析，并提出相应的优化设计方案。

二、动力总成悬置系统概述

动力总成悬置系统主要由发动机、悬置元件、支架等组成，其作用是减小发动机振动对车身的影响，提高整车的驾驶平稳性和乘坐舒适性。该系统通过合理的结构设计，将发动机的振动能量有效地传递到车身，同时减小振动对其他部件的影响。

三、隔振分析

1. 振动源分析：发动机在工作过程中产生的振动是主要的振动源。这些振动通过悬置系统传递到车身，影响整车的驾驶性能和乘坐舒适性。

2. 传递路径分析：发动机的振动通过悬置元件、支架等传递到车身。在这个过程中，各部件的刚度、阻尼等特性对振动的传递有重要影响。 3. 隔振性能评估：通过对动力总成悬置系统的振动特性进行分析，可以评估其隔振性能。在实际应用中，可采用实验测试和仿真分析相结合的方法，对隔振性能进行评估。

四、问题与挑战

在动力总成悬置系统的隔振设计与应用过程中，面临以下问题与挑战：

1. 悬置元件的刚度与阻尼特性难以同时满足低频和高频的隔振需求。

2. 支架结构的优化设计难度较大，需考虑结构强度、刚度、质量等多方面因素。

3. 整车布局的限制对动力总成悬置系统的设计提出更高的要求。

五、优化设计方案

针对上述问题与挑战，提出以下优化设计方案：

1. 优化悬置元件的设计：通过调整材料的弹性模量、密度等参数，使悬置元件在低频和高频范围内均具有较好的隔振性能。同时，可考虑采用橡胶等具有非线性特性的材料，以提高悬置元件的隔振效果。

2. 支架结构优化：采用有限元分析等方法，对支架结构进行优化设计。在满足结构强度和刚度要求的前提下，减轻支架的质量，从而提高整车的燃油经济性和驾驶性能。

MotionView和HyperStudy在某军用越野车动力总

成悬置系统分析和优化中的应用

Application of MotionView and HyperStudy in

Engine Mount Analysis and Optimization of A

Military Off-road Vehicle 杨翠丽 欧贺国 (北京汽车集团越野车研究院、北京、101300) 摘 要: 本文通过某军用越野车动力总成悬置系统分析与优化为例，介绍了MotionView和HyperStudy的功能以及应用方法。结合动力总成悬置系统匹配分析理论，以悬置刚度、安装位置、安装角度为优化参数，以动力总成两个主方向刚体模态频率间隔和解耦率为优化目标，筛选出最优结果，改善了NVH性能。 关键词: 动力总成悬置； MotionView； HyperStudy； NVH 优化 Abstract: This paper introduce the function and application of MotionView and HyperStudy, based on the engine mount analysis and optimization of a military off-road vehicle. With the engine mount analysis theory, the optimize parameters are the stiffness、position and the angel of the engine mounts, the optimization objectives are the space and the decouple ratio of the two main engine rigid body modes, choose the best results, improve the NVH performance. Key words: engine mount ，MotionView，HyperStudy，NVH，optimize 1 概述 越野车动力总成的一般布置形式为纵置，即曲轴与传动轴平行，动力总成悬置系统是指动力总成（发动机、离合器、变速器及分动器）与车架之间的弹性连接系统，该系统设计的优劣直接影响整车的NVH性能。提高动力总成刚体模态频率匹配的合理性和系统振动解耦率是悬置系统设计优化的基本原则。本文以国产某型军用越野车为平台，以悬置安装位置、安装角度和悬置三向动刚度为设计变量，以提高悬置系统振动解耦率，合理匹配悬置系统固有频率为目标，对其悬置系统进行了分析和优化。 2基于MotionView的动力总成刚体模态和解耦率计算 根据动力总成惯性参数测试数据、悬置安装点布置、悬置刚度等参数，利用MotionView建模，并计算出刚体模态和解耦率（即各个方向的能量百分比），并与Matlab计算结果对比，如表1所示。 表1动力总成刚体模态频率和能量百分比（%） freq fore/aft lateral bounce roll pitch yaw MotionView 5.74 98 0 1 0 2 0 Matlab 5.74 98 0 1 0 2 0 MotionView 8.88 0 1 8 57 1 22 Matlab 8.88 0 1 8 66 1 24 MotionView 9.91 0 89 1 0 0 10 Matlab 9.92 0 90 0 0 0 10 MotionView 10.02 1 0 64 13 11 8 Matlab 10.02 1 0 66 14 12 7 MotionView 15.30 0 9 1 7 4 71 Matlab 15.30 0 10 1 9 4 75 MotionView 15.55 1 0 15 1 80 3 Matlab 15.55 1 0 15 1 80 3 通过对比MotionView和自编Matlab程序计算结果可知，两者结果基本一致，可根据此结果进行分析和优化。 通过结果可知，动力总成两个主要方向bounce和roll的解耦率分别为64%和57%，对应的频率为10.02 Hz和8.88Hz，两者频率之差为1.14Hz，不满足解耦率≥65%、频率之差≥2Hz的目标要求。 3基于HyperStudy的动力总成刚体模态和解耦率优化 运用HyperStudy软件建立优化模型，本模型的设计变量为三个动力总成悬置的安装位置、安装角度和三向刚度，优化目标为悬置系统六阶刚体模态解耦率最大，约束条件为悬置系统六阶固有频率在5~17Hz之间。对设计变量限定范围，利用GRSM优化算法得出计算结果。在得出的200个结果中，筛选出比较满意的方案。悬置安装位置优化前后对比如下表2，悬置安装角度优化前后对比如下表3，悬置三向刚度优化前后对比如下表4，刚体模态和解耦率优化前后对比如下表5。 表2悬置安装位置优化前后对比 悬置的弹性中心点（整车坐标系）/mm 基础位置 优化位置 x y z x y z 发动机左悬置 -11 -247 115 -4 365 57 发动机右悬置 -11 300 115 -19 -220 78 变速箱中悬置 831 18 -15 999 17 -22 表3悬置安装角度优化前后对比 整车坐标 发动机左悬置 发动机右悬置 变速箱悬置