汽车隔振系统评价指标

对于单自由度隔振系统来说，传递率可以作为评价隔振效果的唯一标准。可是当悬置与动力装置组成一个三维系统时，单一的传递率评价指标就不够了。这个系统有六个自由度，就有六个相互耦合的模态。在设计隔振系统时，不仅要考虑悬置本身的刚度、阻尼和激励力的特性，而且还要考虑系统的惯性参数和悬置的空间位置等因素。动力装置隔振效果的评价指标主要有三个：悬置的传递率、动力装置刚体结构的模态解耦程度及动力装置绕自由惯性主轴的转动频率。

1.悬置的传递率

动力装置振动源的大小与频率是由发动机的结构和特征决定的，而它的动力特性是由发动机、变速器和悬置组成的整个系统决定的。

在工程中，悬置的传递率要么通过试验得到，要么通过有限元计算方法得到。悬置传递率的计算公式如下：

T_dB=20lg（A_a/A_p）（17-1）

式中，T_dB为传递率；A_a为主动加速度；A_p为被动加速度。

一般认为振动的衰减率在20dB以上，即T_dB>20dB时，悬置具有良好的隔振效果。也就是说传递到被动边的振动不能大于主动边振动的1/10。图17-10为传递率的计算示例。

图17-10 传递率的计算

由于发动机的激励源是与转速和频率有关的，因此传递率也与转速和频率有关。悬置应该在整个工作转速范围内都达到上面提到的传递率标准。

2.动力总成的模态解耦

低频范围内，发动机作为一个刚体，有六个方向的振动：上下、前后、左右的跳动，以及绕三个轴的转动模态。如果这些模态彼此独立，那么就可以把每个模态当成单自由度系统来处理。这样在处理一个模态的时候就不会影响到另外一个模态。模态彼此独立也称为模态解耦。当然，在实际工程中，要保证所有的模态相互之间都解耦是非常困难的。要视实际情况来决定到底需要对哪两个模态进行解耦。比如，对于四缸发动机来说，上下跳动模态和前后转动模态对整车的影响非常大，所以，要尽量保证这两个模态相互之间解耦。而其他的几个模态，即使有稍许的模态耦合，也不会造成严重的问题。这样一来，就减少了解决问题的约束条件，可以有针对性且更有效地采取适当的措施。

在工程上，评价模态之间是否有耦合，可采取模态能量比例的方法。对于某个共振频率来说，可能是由若干个模态耦合而成的。而各个模态所占的总能量的百分比是不同的。通常以能量百分比来判断模态之间是否有耦合。下面以一个例子来进行详细说明：

例如对于7.5Hz时，前后移动模态的能量高达90%，其他模态所占的能量百分比相对来说非常小，就认为这个频率时是前后移动模态。在这个频率点上各个模态之间是解耦的。而对于8.4Hz这个频率，左右移动模态能量最多，为65%，但横向转动模态的能量也达到了20%。因此，在这个频率下，模态能量分散，左右移动模态与横向转动模态之间有耦合。(www.xing528.com)

并不能说某个频率下，100%的能量属于一个模态才能算是解耦。一般在工程上，如果某个模态的能量比例达到85%以上，那么就认为这个模态与其他模态是解耦的。

在汽车开发设计阶段，做动力系统方案布置时，就需要制定一个表17-2所示的动力总成模态分布表，按照表格的样式进行动力总成各个模态的规划。并在悬置的选点及悬置刚度的设计，包括悬置支架的设计上，去满足上述要求。当样车生产出来以后，还要进行试验验证，以保证实车动力总成的各个模态满足设计要求，并对没能达到设计要求的模态进行调整。

表17-2 各个模态所占总能量的百分比

动力总成模态规划表设计好以后，可以采取CAE分析计算的方法来选定相关的结构或参数，如悬置布置方案、悬置支架结构、悬置各个方向的刚度。把这些参数当做设计变量，对其进行调整计算，以达到模态规划目标。

3.横向转动频率

发动机气缸内混合气体燃烧爆发而产生推力，推动活塞运动，进而通过曲柄连杆机构带动曲轴转动。对于轿车来说，一般都是发动机前置前驱动，发动机曲轴是绕横向（Y轴）转动的，横向转动模态是最容易被激励起来的。所以，一定要将横向转动的频率与激励频率避开，才能减小动力装置的振动。假设横向转动的模态已经与其他五个模态解耦了，那么就可以将横向转动模态看成是一个单自由度系统。可以按照图17-11所标的一维简易模型进行计算。

图17-11 单自由度系统建议模型

如果知道发动机怠速频率，那么根据隔振理论就可以计算出动力装置的横向转动模态频率。这个频率必须满足以下要求：

式中，f_m是横向转动的模态频率；f_e是怠速激励频率。转速增加的时候，f_e也随之增加。如果最低发火频率f_m与f_e之比大于，那么其他高阶激励频率也满足这个隔振条件。

悬置要同时满足隔振和防止冲击两方面的要求，所以其刚度不能太硬也不能太软。在设计动力装置隔振系统时，激励频率与横向转动模态频率的比一般设计在2～3之间。