动力总成刚体模态试验研究.pdfVIP

动力总成刚体模态试验研究 谭征宇、陈雷磊 （东风商用车有限公司动力总成试验部） 摘要：汽车动力总成的刚体模态不仅对整车的振动特性有一定影响，而且直接涉及到动力总成悬置系统的 优化设计问题，本文在建立汽车动力总成刚体动力学模型基础上，研究了动力总成系统的刚体模态试验、 模态分析、模态参数识别和验证等方法，得出动力总成系统的六阶模态频率、模态阻尼和模态振型等。试 验结果为后续的理论分析及改进动力总成悬置隔振设计和减小汽车振动提供了可靠的数据。 关键词：动力总成；刚体模态；模态参数 1. 前言 汽车动力总成通过弹性支承安装在车架上， 目前这些弹性支承大都采用橡胶垫，安装 时它的一端固定在发动机上，而另一端固定在车架上。由发动机、变速箱和这些橡胶垫组成 的系统称为动力总成悬置系统。动力总成悬置系统一经确定，其固有振动特性(刚体模态)也 就随之确定。动力总成的刚体模态对整车的振动有一定的影响，通过合理调整其刚体模态就 可能减少发动机本身的振动，减小发动机振动时通过悬置所引起的车身钣金件和底盘相关零 件振动所产生的噪声，从而改善汽车乘坐舒适性。 理想的动力总成悬置系统应满足多方面的要求，不但应该将发动机自身产生的振动与车 架结构隔离，而且还必须对汽车在道路行驶中产生的扰动有满意的响应特性；同时在汽车突 然加速、制动、转向等非稳态干扰时激发的低频扰动范围内有较大的动刚度和阻尼，以便限 制动力总成的过分弹跳和过大的位移。即理想的发动机悬置元件应该在低频范围有较大的动 刚度和阻尼，而在高频范围有较低的动刚度。因此，我们从事汽车设计开发阶段必须重视动 力总成刚体模态的测试和分析等研究工作。本文利用试验模态分析技术，测试和分析东风生 产的某中重型发动机动力总成的刚体模态，为这种悬置系统的优化设计提供有价值的试验数 据， 同时对这种动力总成悬置的更新换代和新产品开发也有一定的实际参考价值。 2. 动力总成的动力学模型 为进行动力总成悬置系统的动力学 分析，首先需要建立动力总成悬置系统的 动力学模型。动力总成悬置系统的固有频 率一般在5—30Hz 之间，这一频率远低于 动力总成的一阶弹性模态。因而在以悬置 系统低频隔振分析为主要目标的处理过 程中，可以将动力总成视为刚体，橡胶悬 置元件简化为三向正交的弹性阻尼元件， 建立系统6 自由度的自由振动和受迫振 动的动力学微分方程组。 图1 动力总成刚体动力学模型 如图1所示表示动力总成处于静平衡位置，以动力总成质心G0为坐标原点，设定沿动力 总成曲轴方向并指向前方为X 轴正方向，沿气缸中心线方向指向缸盖为Z 轴正方向，按照 笛卡尔坐标系右手法确定Y 轴正方向建立的直角坐标系G0-xyz 。动力总成的振动可分解为随 同它的质心G0点沿x 、y 、z 的三个平动，和绕质心G0点的转动。在微振动条件下，其角位移 可用绕x 、y 、z 轴的转角 θ 、θ 、θ 表示。 x y Z 对动力总成悬置系统力学模型，设悬置系统受到的外力为Q(t)，根据动力学原理可建立 动力总成悬置系统六自由度动力分析方程为 Mq +Cq +Kq Q t （1） ( ) 式中：q = [x y z θ 、θ 、θ ]T 为六自由度坐标， x y Z ??m 0 0 0 0 0 ?? ??k11 k12 k13 k14 k15 k16 ?? 0 m 0 0 0 0 ??0 0 m 0 0 0 ?? ??k21 k22 k23 k24 k25 k26 ??