基于悬置支架动刚度分析的整车NVH性能分析及改进

基于悬置⽀架动刚度分析的整车NVH性能分析及改进[摘要]动刚度指标是动⼒总成悬置⽀架等底盘零件NVH性能评价体系中的重要考核内容，基于有
限元分析⽅法, 利⽤Altair RADIOSS软件的模态频率响应⽅法对悬置⽀架关键点的动态特性进⾏
分析，可以得到相关零件的动刚度曲线。

通过对关键点进⾏动刚度分析,可以为车辆NVH性能改
进提供理论参考，缩短开发周期和降低开发成本，对于提⾼车辆NVH性能设计⽔平具有重要的
意义。

[关键词]悬置⽀架动刚度频率响应NVH
【Abstract】The index of dynamic stiffness is theimportant assessment for the performance evaluation system of the chass pratssuch as powertrain mount bracket, based on method of
finite element analysis,the modal frequency response method of Altair RADIOSS software is
used toanalysis the dynamic characteristic of the critical points of the mount bracket.Dynamic
stiffness analysis is done through the critical points ,it can providethe theoretical reference for
the vehicle NVH performance, shorten thedevelopment cycle and reduce development costs. It
has the great significancefor improving the design capability of vehicle NVH performance. [Keywords] Mountingbracket;Dynamic stiffness;Frequency response;NVH
1 引⾔
随着消费者收⼊⽔平的提⾼，对汽车产品的舒适性需求越来越⾼,从⽽导致了在整车开发中对影
响舒适性指标的振动噪声提出了更⾼的设计要求。

在汽车⾏驶过程中,发动机和路⾯的激励通过
汽车底盘上的连接点、车⾝、座椅以及其它部件,最终影响乘员的NVH主观感觉。

动⼒总成悬置
系统对发动机激励的隔振效果的是汽车NVH性能的重要影响因素。

动⼒总成是汽车的主要噪声
和振动源。

动⼒总成的振动可以通过底盘传到车⾝，并可在车内产⽣噪⾳，严重地影响到了乘
坐的舒适性。

汽车很多噪声和振动问题往往都可归结到动⼒总成振动上。

因此动⼒总成悬置⽀
架的动态特性分析显得⾮常重要。

动刚度是动载荷下抵抗变形的能⼒，动刚度不⾜将对车⾝结构件疲劳寿命和整车乘坐舒适性产
⽣⾮常不利的影响。

整车在⾏驶过程中，会受到各种各样的动载荷的作⽤，当动载荷与车⾝结
构的动⼒学特性接近时，即动载荷的某分量与车⾝结构的某阶模态的固有频率接近时，将可能
引发结构共振产⽣较⾼的动应⼒，导致车⾝结构的疲劳破坏；动刚度对乘坐舒适性的影响主要
表现在NVH性能上，⼀般⽽⾔，车⾝对激振源的响应越⼩（如响应所产⽣的振动位移越
⼩），NVH性能越舒适，有经验的试车员甚⾄能够通过通过NVH主观评价判定车⾝、悬置⽀架
等结构动刚度的不⾜。

通过动刚度分析，可以较早的预测结构动态设计的不⾜，如果发现问题在整车开发的前期，可
以很容易的修改结构，如若在后期发现问题，则各种车⾝结构的修改空间很⼩，仅靠调整悬置
元件的刚度等参数来改善汽车动态特性，则增加了解决问题的难度。

所以在动⼒总成悬置系统
开发过程中，进⾏悬置⽀架的动刚度分析是⾮常有必要的。

2 动刚度基本理论
频率响应分析可以实现对结构的动态特性分析,预测结构的持续动⼒特性,验证设计能否克服共
振、疲劳及其受迫振动引起的结构破坏，是计算线形结构在稳态振动激励下的响应的⽅法。

对
于线弹结构,⼀般采⽤粘性阻尼或结构阻尼振动系统，阻尼的作⽤主要是转移系统的能量，结构
阻尼主要是由于不完全弹性的结构材料的内摩擦和在结构的固定连接处，接触⾯之间的摩擦⼒
引起的。

根据汽车的结构形式,对汽车车⾝采⽤结构阻尼系统。

在车⾝仿真分析中,车⾝的局部刚
度常采⽤速度导纳进⾏评价。

对于速度频率响应分析,常把载荷输⼊点与响应点取同⼀点,称为
Driving Point Mobility,简称为Point Mobility。

与Mobility密切相关的⼀个概念是动刚度，表征了
结构在动载荷作⽤下抵抗变形的能⼒，动刚度不⾜将对车⾝疲劳寿命和整车乘坐舒适性产⽣⾮
常不利的影响。

⼀般情况下，在能够满⾜⼯程要求的基础上，悬置系统中隔振元件的Mobility设
计的越⾼越好，⽽车⾝、车架等隔振件的连接件的Mobility设计的越⼩越好。

在分析动刚度时，⼀般使⽤模态频率响应分析法，模态频率响应分析的基本流程是先进⾏结构
的模态计算，然后调⽤模态计算的结果，考察在设定的所要分析的激振频率范围内的频率响
应。

模态频率响应法计算响应就是利⽤结构的模态变形来减少⽅程数量及解耦运动⽅程的。

通
过模态频率响应分析可以求出结构在多种频率下的位移、速度、加速度响应，得出响应的频率
响应曲线，进⽽实现对结构的动态特性分析。

3 动刚度分析⽅法及有限元建模
运⽤基于Altair RADIOSS的模态频率响应⽅法可以考察底盘结构对于整车的中低频NVH性能的影响，并可指导⽤于改进整车NVH性能的底盘结构的优化措施，在设计阶段解决潜在的NVH问题。

发动机是汽车的主要噪声和振动源,发动机振动可以通过底盘传到车⾝,并可在车内产⽣噪⾳,严重地影响到了乘坐的舒适性。

汽车很多振动噪声的问题往往都可归结到发动机振动上。

因此,汽车发动机悬置安装点的动态特性分析显得⾮常重要。

发动机作⽤在悬置安装点的载荷⼤⼩和⽅向具有随汽车运⾏状态⽽在宽频内变化的特征,因⽽要求该安装点的刚度特性也应具有随频率⽽变化的动态特性,即在低频内具有较⼤刚度来满⾜由于⼯况变化和路⾯不平等低频冲击引起的过⼤位移时的平衡需要;同时在中、⾼频内,⼜要求其刚度不应该太⼤且具有合适的阻尼,以便衰减发动机传⼊车⾝的振动。

显然,传统的静态刚度校核⽅式不能满⾜上述要求,⽽且该⽅式也⽆法评价安装点对整个车⾝振动和噪声的声振灵敏度。

为了获得发动机悬置安装点的速度响应函数,⾸先建⽴底盘结构的有限元模型,并在悬置安装点施加载荷,然后利⽤RADIOSS软件的动⼒分析模块求解分析。

采⽤Altair RADIOSS软件的模态频率响应⽅法计算该安装点的动态刚度。

本⽂设定有限元分析条件如下：材料阻尼取0.06，约束安装点123456，在驱动点的x\y\z⽅向上施加1N的激励⼒,频率范围0~2000HZ,每隔2HZ输出⼀个速度响应。

评判标准如下：按照公司商⽤车标准：⽀架各⽅向的动刚度应该与⽬标线1000N/mm的交点位置应该⼤于400HZ。

4 悬置⽀架动刚度分析实例
4.1 研究车型的噪声现状
我公司CN100配B15车型，从测试数据看在4200~4600和3200rpm处有明显的噪⾳峰值，均超出了⽬标线范围。

如图所⽰：
图1 车内噪声曲线
造成这两个转速下噪声峰值的原因，从以下频谱分析图可知是由于发动机左悬置⽀架共振操产⽣的，试验测得共振频率分别为288HZ左右，由于该车型所⽤发动机位4缸四冲程发动机，在4200rpm和4600rpm处⼆阶频率激振恰好是280HZ和307HZ，应该是⽀架动刚度不⾜导致的共振问题。

图2 噪声频谱图
4．2原悬置⽀架动刚度分析
针对上述问题，根据Altair RADIOSS软件，建⽴左悬置⽀架的有限元模型（见图）
，其中⽹格以四边形为主，三⾓形为辅。

模型中采⽤计算中所使⽤的材料参数如下：
钢的材料参数：弹性模量：210Gpa，材料密度：7.8e-9ton/mm3，泊松⽐：0.3。

图3 左悬置⽀架的有限元模型
采⽤AltairRADIOSS软件的模态频率响应⽅法计算该安装点的动态刚度。

本⽂设定有限元分析条件如下：材料阻尼取0.06，约束安装点123456，在驱动点的x\y\z⽅向上施加1N的激励⼒,频率范围0~1000HZ,每隔2HZ输出⼀个速度响应。

获得原状态⽀架的动刚度如下图所⽰：
图4 原状态⽀架的动刚度
从图上可以看到，悬置⽀架x向和Y向的动刚度在300HZ处上穿了设计⽬标线1000N/mm,这两个⽅向的动刚度⽆法满⾜设计要求，导致了测试数据中280HZ和307HZ的噪声峰值。

要必要提⾼左侧⽀架X和y向动刚度，减少振动传递。

4.3改进⽅案
由于该⽀架已经开模，另外考虑到周边边界的约束，只能通过加厚板厚来提⾼⽀架的动刚度，这⾥我们把主板厚度由4mm改为5mm，把加强板1的厚度由4mm该位6mm，重新运⾏Altair RADIOSS求解改进⽅案的动刚度，得到的模态频率速度响应如图所⽰：
图5 改进⽅案的动刚度
由图可见，新⽅案的⽀架x向和Y向的动刚度有了⼤约100HZ的提⾼，与1000N/MM的交点提⾼到400HZ附近，响应峰值超过了400HZ,能有效起到隔离振动的效果。

4.3改进⽅案测试结果对⽐
按照4.2的改进⽅案制作了样件，装车进⾏测试，发现发动机⽀架加强后，其x、y⽅向共振频率有明显提⾼，对改善由原来左⽀架共振频率过低所引起的噪声产⽣了⾮常积极的效果。

测试结果见图6。

改进后该车在4600rpm时噪⾳峰值消失，从⽽对整车的NVH性能有所改善。

图6 改进⽅案测试结果
5 结论
通过计算实例分析,可知动刚度分析可以较早地预测结构动态特性设计的不⾜，可以在开发的前期阶段,重点对结构进⾏修改,减少了后期阶段设计难度。

通过对关键点进⾏动刚度分析,为关键点减振提供了重要的理论依据,同时可以缩短开发周期和降低开发成本。

参考⽂献：
[1] 王学军，张觉慧，陈晓宇.轿车车⾝动刚度优化[J].上海汽车，2003.1：20-22
[2] 殷梅王成龙，动刚度分析在底盘结构件设计中的应⽤，Altair 2010 HyperWorks技术⼤会论⽂集 2010
[3] ⽢剑飞徐有忠等，基于MSC．Nast r an的汽车动⼒总成悬置⽀架模态分析，第五届中国CAE⼯程分析技术年会论⽂集
[4]徐贤发王希诚等动刚度分析在汽车车⾝开发中的应⽤研究，Altair 2009 HyperWorks 技术⼤会论⽂集。