汽车悬置系统主要NVH评价指标

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评价动力装置隔振效果的指标主要包括以下三个方面：

隔振器的传递率：用于评估隔振器本身的性能。传递率可以通过实验测试和有限元计算等方法获取。在测试中，隔振器由两个支架支撑，一个与动力总成相连，另一个与车身相连。在两个支架上安装加速度传感器，测量两个支架上的加速度值。一般来说，振动的衰减率应该在20dB以上，这意味着从动力总成侧传递到车身侧的振动不应大于动力总成侧的1/10。

动力装置刚体结构的模态解耦程度：用于评估整个系统的隔振效果。它取决于系统的惯性参数（如质心、转动惯量、惯性主轴等）、隔振器的数量、位置和刚度等因素。一旦发动机和变速箱确定，系统的惯性参数就确定了。为了达到良好的隔振效果，需要调节隔振器的数量、位置和刚度等参数。

动力装置绕X轴的转动频率：用于评估整个系统的隔振效果。它也取决于系统的惯性参数、隔振器的数量、位置和刚度等因素。对于达到良好的隔振效果，动力装置绕X轴的转动频率应在合适的范围内。

1 隔振器的传递率

动力装置振动源的大小与频率是由发动机的结构和特征来决定的，而它的动力特性是由发动机、变速箱和隔振器组成的整个系统来决定的。

隔振器的传递率可以通过测试和有限元计算的方法得到。

隔振器由两个支架支撑，一个支架与动力总成相连，一个与车身相连，测试时，分别在两个支架上安装加速度传感器，测得两个加速度值。图 1 为悬置振动测试布点位置，图2为某车型悬置振动测试结果。

图 2隔振率测试传感器安装

图 2某悬置隔振测试

一般认为振动的衰减率应该在 20dB 以上，隔振器具有良好的隔振效果，也就是从动力总成侧支架传递到车身侧支架的振动不能大于动力总成侧支架的 1/10。

由于发动机的振动源与转速和频率有关，因此传递率与转速和频率有关，隔振器应该整个转速范围内都达到上面提到的隔振标准。

2 动力装置刚体结构的模态解耦程度

动力总成刚体有 6 个自由度，3 个平动和 3 个转动，如图 4 所示。对应于 6 个自由度，动力总成有 6 个刚体模态。如果这些模态是彼此独立的，那么就可以把每个模态当成单自由度系统来处理。模态彼此独立称为模态解耦。在某个频率下，会同时有两种或者两种以上的运动形式，叫模态耦合。在实际应用中，使所有模态完全解耦是不可能的，只能是使主要模态解耦达到一个比较好的程度。

图3简化模型

如果用模态能量的概念来表示的话，每个模态都会有一定的能量，用 Eij 表示，i表示模态振型，i=1，2，…，6；j 对应频率，j=1，2，…，6。在某个频率下，所有模态能量之和为该频率下模态总能量用 Ej 表示：Ej=∑Eij。

对于这个频率，单个模态能量与总能量的比值表明这个模态能量强弱与解耦程度。

表 1 悬置系统模态能量分布百分比

表 1 中，第一行为模态振型，第一列是模态频率。该表表明每个频率下每个振型的能量占的百分比，每行表明在某个频率下各个振型的能量分布，其百分比之和为 100%，每一列表明该振型在各个频率下的能量分布，其百分比之和也为 100%。比如，X 向平动振型在8.3Hz 处的能量占 86.992%，所以 X 向平动的主导频率为 8.3Hz；7.7Hz 时，Z 向平动能量占 96.46%，即 Z 向平动的频率就是 7.7Hz，而且与其他模态几乎完全解耦，解耦度非常高。

解耦程度的高低是评价动力装置隔振设计好坏的一个重要指标。隔振设计中的一个目标就是使这六个模态尽量解耦，特别是动力装置绕 X 轴的转动频率。一般来说，如果在某个频率下，一个模态的能量占到 85%以上，那么这个模态与其他模态的解耦程度可以接受。对动力装置绕 X 轴的转动频率要求高些，希望到达 90%以上。

动力总成刚体模态的六个频率和解耦度可以用 CAE 软件进行计算，如 Matlab、ADAMS等。动力总成刚体模态的频率也可以通过试验的方法进行测量,测试参考标准为GMW 14762-2005 PT powertrain rigid body modal analysis test procedure。表 2 中为某车型动力总成刚体模态测试结果。

表 2 动力总成刚体模态测试结果

3 动力装置绕 X 轴的转动频率

发动机气缸内混合气体燃烧爆炸而产生推力，推动活塞运动，进而通过曲柄连杆机构带动曲轴转动。发动机曲轴是绕 X 轴转动的，所以绕 X 轴的转动模态是最易被激励起来的。如果绕 X 轴的转动频率与激励频率接近，那么就会发生共振。激励频率与发动机的转速和阶次有关，发动机在正常工况下的最低怠速转速其对应主要阶次激励频率，动力装置绕 X 轴的转动频率应避开这个频率。

根据隔振理论，假设知道这个最低频率，那么动力装置绕 X 轴的转动频率应小于这个频率的 1/√2，其他高阶激励频率也满足整个隔振条件。

隔振器要同时满足隔振和防止冲击两个方面的要求，所以其刚度不能太硬也不能太软，一般激励频率和动力装置绕 X 轴的转动频率之比设计在 2～3 之间。

总之，为了评价动力装置的隔振效果，需要考虑隔振器的传递率、动力装置刚体结构的模态解耦程度和动力装置绕X轴的转动频率等指标。这些指标可以通过实验测试和有限元计算等方法进行评估，并且需要根据系统的特性和要求来调节相关参数。

来源：汽车NVH云讲堂