悬置系统“On Ground”与“In Vehicle”模态及能量解耦率分析探讨

我们在做悬置系统设计时，一般来说是首先计算悬置系统模态及解耦率，常规来说我们都是仅仅做一下6自由度的对地模态分析，在这篇文章中，我们将和大家探讨一下对地模态“On Ground”分析与对车模态分析“In Vehicle”时悬置系统模态及就解耦率的差异。

图 1基于ADAMS的悬置6自由度多体动力学模型

“On Ground”与“In Vehicle”的模态分析

动力总成悬置系统的分析有“On Ground”和“In Vehicle”模态之分，“On Ground”模态也为对地模态，是指将动力总成悬置系统直接固定在地面上得出的模态。通常我们做的6自由度分析即对地模态分析。“In Vehicle”模态也为动力总成悬置系统的车身模态，包含了车身、悬架、轮胎等柔性系统的影响，动力总成及车身分别有6个自由度，即x、y、z三向平动及Rx 、Ry 、Rz三个转动，加上悬架的四个垂向自由度z1、z2、z3、z4，就构成16自由度的动力总成悬置系统模型,如图2所示。

图2 基于ADAMS的悬置16自由度整车模型示意图

在整车前期开发时，采用“On Ground”方式计算动力总成模态是较为常用的方法，原因如下：

1）前期开发，缺少完整的整车模型；

2）很多时候，悬置系统开发多为供应商完成，整车模型不可能提供；

3）计算“In Vehicle”模态在前期没有必要，或很复杂；

4）“On Ground”模态对于预测“In Vehicle”模态是足够准确的。

作为印证，下面一个例子详细分析了动力总成悬置系统在不同的分析模型下的模态计算结果：

SM1—“on ground”动力总成悬置系统6自由度模型 ；

SM2—动力总成悬置系统+副车架悬置系统；动力总成6自由度：x, y, z, Rx, Ry, Rz副车架6自由度：x, y, z, Rx, Ry, Rz组成12自由度系统

SM3—包含动力总成悬置系统+副车架悬置系统+control arm+shock tower+half shafts+steering system+trim body（白车身）；

SM4—SM3+Tires 构成了16自由度系统

显然从表1可以发现，采用“On Ground”方式预测“In Vehicle”模态是足够准确的。

表1 不同模型下悬置系统解耦率的比较

“On Ground”与“In Vehicle”的能量解耦率分析

前文已经谈到了采用“On Ground”方式预测“In Vehicle”模态具有足够的准确性问题，然而能量解耦率方面是否也存在同样的走势？答案是否定的，事实上，没有任何证据表明，一个各阶能量100%解耦的“On Ground”悬置系统，当处于“In Vehicle”状态时能量解耦率就是好的。如图3。

图3 对地与对车解耦分析时能量解耦率的差异

显然“On Ground”的能量解耦率放在“In Vehicle”上后发生了剧烈的变化。是否100%的能量解耦就是好的，仍然存在很大争议，更多的人认为100%的能量解耦是优化分析的目标，在包含整车的16自由度模型上要做到100%的能量解耦显然是做不到的。

通过我们和一些国内外顶级的咨询机构进行合作后得出的结论是，16自由度下得优化只需把握关键方向，比如Bounce以及绕发动机曲轴方向Pitch的能量解耦率优化到＞60%就可以了。使用Hyperworks多体动力学软件中的MotionView 模块可以进行16自由度下的解耦率优化。