黃先科

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230031）

某重型車懸置支架的模態(tài)分析與改進(jìn)

黃先科

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230031）

在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，由于懸置支架剛度低造成車內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲增大的案例已經(jīng)被證實(shí)，文章運(yùn)用HyperMesh有限元分析軟件建立某重卡懸置支架的有限元模型，從懸置支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度來說明不同支架結(jié)構(gòu)及車架安裝點(diǎn)對模態(tài)的影響，得出重卡懸置支架安裝在車架腹面比安裝在車架翼面更有利于剛度的提升。

剛度；模態(tài)；有限元分析；懸置支架

CLC NO.:U461.9Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-08-03

引言

近年來，隨著重卡行業(yè)的競爭加劇以及人們對長途物流車輛舒適性要求的提高，重卡的振動(dòng)噪音問題日益突出。動(dòng)力總成作為汽車的主要振動(dòng)源，其懸置系統(tǒng)隔振性能的好壞直接影響到整車的NVH性能。隨著動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)技術(shù)的長期摸索和試驗(yàn)驗(yàn)證，得出懸置軟墊和懸置支架都對懸置系統(tǒng)的隔振性能起到非常重要的作用，尤其是連接車架端的懸置支架剛度過低會(huì)降低懸置系統(tǒng)的隔振率。

1、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振率測試

某高端物流重卡在完成動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振率測試后，測試結(jié)果如圖1所示，測試設(shè)備為LMS振動(dòng)測試儀。發(fā)現(xiàn)隔振前、后頻譜圖中被動(dòng)端在400Hz到650Hz之間出現(xiàn)大量振動(dòng)放大或振動(dòng)衰減不到位的現(xiàn)象，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此頻率段振動(dòng)問題主要由于被動(dòng)端懸置支架模態(tài)在此頻率段的共振造成。

基于整車重量成本考慮，汽車行業(yè)長期以來對懸置支架的一階模態(tài)要求為大于500Hz，而此款重卡定位高端物流，為保證振動(dòng)與噪聲指標(biāo)優(yōu)良，要求懸置支架的一階模態(tài)要提高到800Hz以上。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)某懸置隔振前、后頻譜圖

2、原方案懸置支架模態(tài)分析

分析支架模態(tài)的CAE軟件為HyperWorks，前處理模塊使用Hypermesh，后處理模塊使用HyperView，網(wǎng)格類型為四面體，網(wǎng)格大小為3，建立的重卡被動(dòng)端懸置支架有限元模型和一階模態(tài)分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 某懸置支架有限元模型和一階模態(tài)分析結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出，此支架一階模態(tài)頻率為573Hz，介于試驗(yàn)共振頻率400Hz和600Hz之間。結(jié)果雖能說明此支架確實(shí)模態(tài)偏低，存在此頻率段的共振現(xiàn)象，但與400Hz就開始共振的現(xiàn)象不符?？紤]到懸置支架在車架上的安裝點(diǎn)并不是純剛體，車架實(shí)際剛度會(huì)降低懸置支架的模態(tài)，故將此懸置支架安裝在車架局部模型上重新進(jìn)行計(jì)算，得出模態(tài)分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 車架局部模型懸置支架模態(tài)分析和前六階模態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從前六階模態(tài)頻率可以看出，一階模態(tài)頻率為392Hz，前三階模態(tài)頻率均處于390Hz和600Hz之間，與試驗(yàn)結(jié)果在400Hz到650Hz之間出現(xiàn)共振現(xiàn)象的吻合度較高，說明懸置支架安裝處的車架剛度不足確實(shí)會(huì)明顯降低懸置支架的模態(tài)。因此，在優(yōu)化設(shè)計(jì)懸置支架時(shí)要充分考慮安裝點(diǎn)處車架剛度的影響。

3、懸置支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

結(jié)合此懸置支架在車架上的布置空間，對支架的結(jié)構(gòu)和在車架上的安裝點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，制定出兩種優(yōu)化方案，方案一是將原方案中懸置支架在車架上翼面的安裝點(diǎn)移到車架腹面；方案二是將原方案中懸置支架在車架上、下翼面的安裝點(diǎn)都移到車架腹面。為了更準(zhǔn)確的反映車架剛度對懸置支架模態(tài)的影響，兩種方案均將懸置支架裝配在車架局部模型上，如圖4所示。

圖4 兩種優(yōu)化方案后的懸置支架安裝模型

通過有限元分析，兩種優(yōu)化方案得出的懸置支架一階模態(tài)分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 兩種優(yōu)化方案后的懸置支架一階模態(tài)

匯總原方案與優(yōu)化后兩種方案的懸置支架一階模態(tài)以及懸置支架重量并進(jìn)行對比，如表1所示。

表1 各方案的懸置支架一階模態(tài)與支架重量

數(shù)據(jù)顯示方案二達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)，支架一階模態(tài)達(dá)到了897Hz，比方案一的一階模態(tài)644Hz和原方案的一階模態(tài)392Hz提升明顯。雖然簡化后的車架局部模型會(huì)對分析結(jié)果造成一定的偏差，但模態(tài)變化趨勢可以明確，即懸置支架安裝在車架腹面比安裝在車架翼面更有利于懸置被動(dòng)端支架剛度的提升。同時(shí)，通過合理的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方案二中的懸置支架重量也比方案一和原方案都要輕，實(shí)現(xiàn)了輕量化要求。

4、效果驗(yàn)證

圖6 懸置支架優(yōu)化后的懸置隔振前、后頻譜圖

在原方案試驗(yàn)車上換裝優(yōu)化方案二設(shè)計(jì)的支架后，再次對動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振率進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖6所示。發(fā)現(xiàn)原方案懸置被動(dòng)端在400Hz到650Hz之間出現(xiàn)大量振動(dòng)放大或振動(dòng)衰減不到位的現(xiàn)象消失。由于發(fā)動(dòng)機(jī)作為激勵(lì)源在高頻段的激勵(lì)能量較低，因此在新方案懸置支架一階模態(tài)897Hz附近頻率未出現(xiàn)明顯峰值，從隔振前、后頻譜曲線可以看出隔振效果良好。

5、結(jié)論

本文為了滿足高端物流車對懸置支架更高的一階模態(tài)頻率要求，運(yùn)用有限元分析方法，通過合理的懸置支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和在車架上的安裝點(diǎn)布置，不僅使此款重型車懸置支架一階模態(tài)提升到800Hz以上，而且也滿足了整車輕量化要求。同時(shí)，此案例分析結(jié)果還表明重卡懸置支架安裝在車架腹面比安裝在車架翼面更有利于懸置被動(dòng)端支架剛度的提升，為后續(xù)的重型車懸置支架設(shè)計(jì)提供了較好的參考意義。

[1]余志生.汽車?yán)碚?[M]北京.清華大學(xué)出版社.2000.

[2]張小虞.汽車工程手冊 設(shè)計(jì)篇.北京.人民交通出版社,2001.

[3]龐劍等.汽車噪聲與振動(dòng)—理論與應(yīng)用.[M]北京.北京理工大學(xué)出版社.2006.

[4]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2000.

Modal analysis and improvement of a heavy duty vehicle mount bracket

Huang Xianke
( Anhui Jianghuai Automobile Group CO., LTD, Anhui Hefei 230031 )

In the process of design and development of powertrain mounting system, the case that the vibration and noise of the vehicle structure has been increased due to the low stiffness of the mounting bracket has been confirmed. In this paper, FEA software HyperMesh to establish a heavy truck suspension bracket of the finite element model, from the mounting bracket structure optimization design point of view to illustrate the different frame structure and frame installation influence on modality, that heavy truck suspension mounting bracket is installed in the ventral surface of the frame than the installation frame wing surface is more conducive to enhance the stiffness.

stiffness; modality; FEA; Mounting bracket

U461.9

A

1671-7988(2017)02-08-03

黃先科，（1983-），男，助理工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.003