动力总成悬置系统设计中的坐标系定义及解耦坐标系讨论

要做好悬置系统设计，首先要搞清楚坐标系的定义问题，在悬置解耦分析过程中，不同的坐标系下计算出来的结果差异很大。在不同的坐标系下做解耦分析还涉及到动力总成惯性参数在不同坐标系下转换的问题。今天我就和大家详细探讨这一问题。

一、坐标系定义

1、发动机坐标系：

以曲轴中心线与发动机后端面(RFB)的交点为坐标原点Oe; Xe轴平行于曲轴中心线,指向发动机前端; Ze轴平行与气缸线,指向缸盖; Ye根据右手定则确定,应与气缸中心线所在的中心面垂直,指向发动机左侧(从变速箱端向皮带轮端看).见图1

图1 发动机坐标系

2、质心坐标系：

坐标原点位于质心原点Oc;与发动机坐标系OeXeYeZe各轴对应平行且方向相同的坐标系为动力总成质心坐标系。见图2。

图2 质心坐标系

3、整车坐标系：

以两个前轮中心点连线的对称中心作为原点Ov，Xv轴从车头指向车尾，Zv轴垂直向上，Yv轴则按右手法则确定的坐标系，如图3所示。

图3 整车坐标系

4、TRA坐标系：

TRA坐标系的原点位于动力总成质心位置，其中一个轴位于TRA轴上，另外两个轴的方向不确定。图4展示了一款前置后驱车型中TRA坐标系与发动机坐标系及整车坐标系的相对关系。

图4 TRA坐标系与发动机坐标系及整车坐标系的相对关系

二、解耦坐标系适用情况

1、整车坐标系下得解耦分析

常规动力总成悬置系统（前横置发动机）多在整车坐标系（原点设置在动力总成质心处）下解耦。参考整车坐标系解耦，更多的考虑路面激励带来的隔振影响。此时重点考察Z方向的解耦情况。

2、动力总成坐标系下的解耦分析

参考动力总成质心坐标系解耦，更多的考虑动力总成惯性力、惯性力矩对隔振的影响。因此动力总成质心坐标系下，需要重点考察有惯性力、惯性力矩存在的方向上的解耦情况。

3、TRA坐标系下得解耦分析

参考TRA坐标系，更多的考虑倾覆力矩波动对隔振性能的影响。 如果动力总成前置后驱左右悬置布置成V型或者中置后驱车型如以前五菱之光、长安之星的动力总成布置与水平面成50°夹角的情况下，最好是能做一下TRA坐标系下得解耦校核。重点要考察绕TRA轴的解耦情况。

图5 与水平面成50°布置的发动机

三、参考不同解耦坐标系的问题

1、原则上：解耦应参照激振力的方向进行解耦。比如水平方向存在激振力，应确保水平方向的模态是解耦的。

2、但对于动力总成悬置系统来说，倾覆力矩波动引起的振动绕TRA方向。TRA坐标系的另外两个轴一般不与任何一个水平坐标系平行。

3、因此，解耦仅参考一个坐标系似乎都不合理。

4、现今TRA轴是自由状态无约束下的TRA轴，动力总成悬置系统TRA轴实际上应为约束TRA轴。

四、不同工况下解耦参考坐标系的适用情况

1、  怠速下，理论上参考TRA坐标系更好，但还需考虑发动机的缸数所带来的激振力的方向。

2、  高转速下，参考动力总成质心坐标系或整车坐标系更好（依据动力总成布置倾斜程度而由不同的考虑）。

3、  路面或轮胎激励下，则参考整车坐标系更好。

4、  在低频0-50HZ时，路面激励和倾覆力矩波动对振动影响较大，惯性力/惯性力矩对振动影响较小。因此低频范围需重点关注整车坐标系和TRA轴坐标系下的解耦

5、  当转速上升至一定范围，惯性力/惯性力矩会显著增大，但对应的频率与悬置系统固有频率相比已有足够大的隔振空间。因此可以不考虑动力总成质心坐标系下的解耦情况。（见图6所示）

图6 不同转速下倾覆力矩机惯性力的变化情况对比