图 3 动力总成质心加速度幅频特性曲线
图 1 动力总成 ADAMS 仿真分析模型
2． 2 悬置系统的仿真分析 本文主要对怠速 （ n = 750r / min） 工况进行仿真，
自激振源激励在质心处使用周期性的正弦载荷作用。 经过时域仿真计算［6］，得到三个悬置支撑处响应合力 随时间变化曲线，如图 2 所示。可求出，悬置支撑处响
固有频率 f 在以下的范围内： 3． 5 /0． 75 ＜ f ＜ 25 /槡2，即 4． 670Hz ＜ f ＜ 17． 680Hz，才能达到很好的隔振效果。
2 动力总成悬置系统的仿真分析
2． 1 动力总成悬置系统模型的建立 将动力总 成 视 为 刚 体，有 关 悬 置 系 统 的 参 数 为：
重心距离机体前端面为 515mm，重心竖直分量在曲轴 中心线之下 16mm，重心水平分量在曲轴中心线之右 7mm，质量 m = 184． 82kg，惯 性 矩 IX = 13． 05kg / m2 、 IY = 5． 51kg / m2 、IZ = 12． 02kg / m2 、IXY = 1． 31kg / m2 、 IYZ = 0． 25kg / m2 、IXZ = 2． 33kg / m2 。该悬置系统为三点 支撑，前悬置采用斜置式，左右对称，后悬置采用平置 式，悬置刚度参数如表 1 所示。
Guangzhou 510640，China）
Abstract： Aiming at some problems that one pickup’s violent vibration and the greater noise etc． To build the multi-body dynamic model of powertrain mount system． The mounting’s stiffnesses are optimized by modal analysis，powertrain centre of mass acceleration and mounting response force simulations． Its vibration resistance performance is improved markedly． It is not only improve the comfortability，but also prolong the durability of engine and other components． Key words： powertrain； mounting system； vibration isolation； optimal design
1 动力总成悬置的隔振原理
由发动机隔振理论可知，发动机悬置系统有以下 几个作 用： 支 撑 作 用、限 位 作 用 和 隔 振 作 用［5-6］。且 知，来自发动机的激振力和来自路面的激振力经过悬 置所得到的传递率 TR 方程为： 80
TR
=
槡（
1
槡1 + （ cω / k）
－ mω2 / k） 2 + （
图 4 动力总成前左悬置响应力幅频特性曲线
图 5 动力总成前右悬置响应力幅频特性曲线
81
201anufacturing Engineering）
图 6 动力总成后悬置响应力幅频特性曲线
3 动力总成悬置系统优化设计
根据振动理论，悬置元件的布置位置、角度及其刚 度阻尼对动力总成振动的传递有很大的影响。本文在 ADAMS 中使用设计变量法，将三个悬置刚度设为设计 变量，通过调整悬置刚度值优化动力总成悬置系统。 3． 1 优化设计模型的建立
汽车制造技术
现代制造工程（ Modern Manufacturing Engineering）
2012 年第 2 期
动力总成悬置系统隔振分析及优化
何洋志，陈吉清，兰凤崇 （ 华南理工大学机械与汽车工程学院，广州 510640）
摘要：针对某皮卡车振动剧烈、噪声较大等问题，建立动力总成悬置系统多体动力学模型。通过模态分析、动力总成质 心加速度和悬置支撑处响应力的仿真，优化悬置的主刚度，使其隔振效果得到明显改善，不仅提高了车辆乘坐的舒适 性，而且延长了发动机与其他部件的使用寿命。 关键词：动力总成； 悬置系统； 隔振； 优化设计 中图分类号：U464． 1 文献标志码：A 文章编号：1671—3133（2012）02—0080—04
经过频域仿真计算，得到系统的前 6 阶固有特性 见表 2。 根 据 前 面 的 隔 振 原 理 可 知，第 6 阶 频 率 20． 737Hz ＞ 17． 680Hz，故 悬 置 系 统 不 能 满 足 隔 振 的 要求。
阶数 1 2 3 4 5 6
表 2 系统固有特性
固有频率 / Hz 5． 147 5． 691 7． 979 9． 132 14． 819 20． 737
率，ωn = 槡k / m； λ 为频率比，λ = ω / ωn。 分析可知： λ = 1 为共振点，即系统危险点； 0． 75 ＜
λ ＜ 槡2为隔离区，在此区域传递率 TR ＞ 1，即经隔振器 传递后的响应幅值反而比激振幅值还大； λ ＞ 槡2 为工 作区，无论阻尼大小，随着频率比增加，传递率逐渐趋 于零，即要求隔振系统的固有频率低于激励力频率的
0 引言
汽车的振源主要来自于两个方面： 发动机和路 面。发动机悬置的性能直接影响汽车发动机的振动 乃至整车的舒适性和使用寿命，好的动力总成悬置系 统可以较好地控制发动机本身的振动向车体部分传 递以及路面的 不 平 对 发 动 机 工 作 的 影 响［1］。 合 理 地 选取悬置系统的参数是提高整车抗噪声、振动和不舒 适（ Noise Vibration and Harshness，NVH） 性能的关键。 本文 针 对 某 皮 卡 车 振 动 剧 烈、噪 声 较 大 等 问 题，根 据 动力总成 悬 置 系 统 隔 振 设 计 的 基 本 理 论 和 方 法［2-4］， 建立多体动力学模型，通过优化悬置参数来满足频率 合理分布、模态 振 型 解 耦 和 动 力 总 成 位 移 等 设 计 要 求，达到悬置系统优化设计的目的。
表 1 悬置刚度阻尼测量数据
悬置
kX /
kY /
kZ /
（ N·mm － 1） （ N·mm － 1） （ N·mm － 1）
前悬置（ 左、右）
80
110
300
后悬置
80
110
200
安装角 阻尼
度/（ °） 0． 23 45 0． 23 0
应合力达到稳定时的波动幅度为 213N。
图 2 怠速工况时悬置支撑处响应合力随时间变化曲线
kfr Y 110． 0
97． 0 － 11． 8
kfr Z 300． 0 280． 0 － 6． 7
表 3 系统优化前后悬置刚度对比
刚度 / （ N·mm － 1 ）
kfl X
kfl Y
kfl Z
80． 0
110． 0
300． 0
kr X 80． 0
71． 0
95． 0
278． 1
85． 2
－ 11． 2
f1 = Nn / （ 30Z） = 4 × 750 / （ 30 × 4） = 25Hz （ 2） 式中： N 为汽缸数； n 为曲轴转速； Z 为冲程数。
为了使动力总成悬置系统固有振动不会与发动 机本身的激励力产生共振； 并使动力总成悬置系统固 有振动不会与路面激励力产生共振，且路面的激励频 率一般小于 3． 5Hz，因此，需要使动力总成悬置系统的
－ 13． 6
－ 7． 3
+ 6． 6
kr Y 110． 0
92． 0 － 16． 4
kr Z 200． 0 230． 5 + 15． 2
响应力标准差 /N
79． 8 44． 6 － 44． 1
图 7 所示为优化后动力总成在怠速工况（ n = 750r / min） 时的悬置支撑处响应合力曲线图。
图 7 优化后怠速工况时悬置支撑处响应合力曲线
1 /槡2倍； λ ＜ 0． 75 为前工作区，对于来自路面的激励要 保证其频率和系统固有频率之比小于 0． 75。
对于本文研究的四缸汽油发动机来说，点火脉冲
何洋志，等： 动力总成悬置系统隔振分析及优化
2012 年第 2 期
引起的激振力在发动机怠速时表现更为明显，怠速时 曲轴转速 n = 750r / min，故怠速时的激振频率 f1 为：
Analysis and optimization of power assembly mounting vibration isolation
He Yangzhi，Chen Jiqing，Lan Fengchong （ School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，
与图 2 对比可以看出，优化前悬置支撑处响应合
力振动达到稳定时，响应力波动幅度为 213N，优化后
悬置支撑处响应合力振动稳定时，波动幅度为 106N，
优化后支撑处响应合力的波动比优化前小得多。
优化前后固有频率比较如表 4 所示。从表 4 中可
以看出，优化后的第 1 阶频率大于4． 670Hz，能够避开
1） 设计变量［8］： 以前悬置和后悬置 3 个方向刚度 作为设计变量，分别为 kfrX 、kfrY 、kfrZ （ 前左） 、kflX 、kflY 、kflZ （ 前右） 、krX 、krY、krZ （ 后） ，其变化范围设为 + 30% 。
2） 约束条件： 设定总成侧向位移不超过 2mm，垂 向 位移不超过3mm； 优化后各阶固有频率在4． 670 ～
经过优化仿真计算，系统优化前后悬置刚度对比 如表 3 所示。从表 3 中的数据可以看出，通过对前、后 悬置刚度的优化，悬置支撑处响应力的标准差值下降 44． 1% ，说明对悬置的刚度参数进行合理地匹配能够 很好地提高动力总成悬置系统的隔振性能。