摘 要：隨著車輛的普及和人民生活水平的提高，人們對車輛振動、噪聲和舒適性（NVH）性能的要求越來越高。Mobility 主要對系統中主要反映了系統的中、高頻的振動、噪聲傳遞性能進行考察。本帖運用振動理論知識對Mobility 分析原理進行理論解析，給出懸置系統隔振率的計算方法和Mobility 目標值的設定方法。運用Hyperwork 軟件對某車身懸置點和某車架進行Mobility 分析，由分析結果看出車輛的實際使用表明了Mobility分析的正確性。 
關鍵詞：車輛設計 Mobility NVH 性能 有限元分析 

1、引言 

車架是整個汽車的基體，汽車絕大多數部件和總成（如發動機、傳動系統、懸架、轉向、駕駛室、貨箱和操縱機構）都是通過車架來固定其位置的。車架的功用是支承、連接汽車的各零部件，并承接來自車內、外的各種載荷。 

Mobility 是指在單位力作用下，作用點沿力作用方向的速度隨力作用頻率的變化，它反映零部件的局部動態剛度特性，與Mobility 密切相關的一個概念是動剛度，動剛度是指單位位移作用下，作用點沿位移作用方向的力隨位移作用頻率的變化。Mobility 主要用來對系統的中、高頻的振動、噪聲傳遞性能進行考察。通過對車架進行Mobility 分析可以反映動力總成、排氣系統和傳動軸等懸置點的動態剛度特性及振動噪聲傳遞性能。 

本文首先對Mobility 的理論基礎進行研究，從理論上給出懸置系統設計準則，然后通過兩個Mobility 分析實例詳細的闡述了Mobility 在車輛設計中的運用。 

2.理論基礎 

Mobility 是指在單位力作用下，作用點沿力作用方向的速度隨力作用頻率的變化，它反映零部件的局部動態剛度特性。Mobility 主要用來對系統中、高頻的振動、噪聲傳遞性能進行考察。 

2.1 Mobility 與動剛度 

與Mobility 密切相關的一個概念是動剛度，動剛度是指單位位移作用下，作用點沿位移作用方向的力隨位移作用頻率的變化。 

單自由度系統，系統微分方程為：

圖1 所示為動剛度和mobility 的關系曲線圖。

圖1 動剛度、Mobility 關系曲線

2.2 Mobility 與隔振 

在實際使用的車輛中動力總成通過懸置安裝在車架上，在這個由車架、懸置、動力總成構成的系統中懸置的作用就是降低從動力總成傳遞到車身上的力。 

力的傳遞率TR 定義為：

當懸置的動剛度遠小于車架和動力總成連接處的動剛度時，可以有效隔振，即：當懸置的Mobility 遠大于車架和動力總成連接處的Mobility 時，可以有效隔振，車架和動力總成連接點相對與懸置越剛，隔振效果越好。由于Mobility 會隨著頻率而變化，所以需要在整個工作頻率下對其進行考核。 

振動噪聲控制理想的要求有20dB 以上的力傳遞損失

降低20dB 相當于力傳遞率是0.1，TR=0.10 相當于能量損失99%。如果車架和動力總成的動剛度相同， 并且其是懸置的18 倍以上， 則可達到20dB 的力傳遞損失：

不妨設：Mb=Mp，則：Mb=Mk/18。 

2.3 Mobility 目標值的確定 

從上述理論分析可以看出在能夠滿足工程要求的基礎上，懸置系統中隔振元件的Mobility 設計的越高越好，而車身、車架等隔振元件連接件的Mobility 設計的越小越好。但在工程實踐中由于成本控制及其他各種因素的制約，懸置系統應該設計在一個合理的范圍內比較合適。據工程實踐積累，認為懸置系統Mobility 的目標值應考慮以下因素： 

根據標桿車和競爭車型的數據來確定； 
根據隔振效果的要求來確定Mobility 數值； 
根據隔振墊（懸置）的Mobility 來確定連接件Mobility。 

3.基于 nastran 的mobility 分析 

3.1 分析方法 

Mobility 分析了激勵點和輸出點為同一點的速度隨頻率變化的頻率響應分析，在nastran中用基于模態的頻率響應分析方法即SOL111 卡片和直接頻率響應分析方法即SOL108 卡片進行分析。使用SOL111 分析較快，為大家通用，下面的分析過程都以SOL111 為例進行闡述。 

3.2 懸置點集設置 

對要計算的懸置點的節點設置為一個節點集。 
例如：對發動機前左懸置點設置成節點集SET 1 
SET 1=10001 

3.3 定義載荷 

首先，用DAREA 卡片定義一個力作用方向的單位數值，例如：DAREA 101 10001 1 1.； 

其中：101 表示DAREA 編號，10001 表示節點號，第一個“1”表示x 方向，第二個“1”表示作用數值的大小； 

然后，用TABLE1 卡片定義載荷作用范圍，例如：TABLED1 1 1. 1. 100. 1.； 

其中：第一個“1”表示TABLED1 的標號，第二個“1”表示載荷施加的起始頻率，第三個“1”表示在起始頻率時載荷的放大倍數，“100”表示終止頻率，第四個“1”表示終止頻率時載荷的放大倍數； 

第三，用RLOAD1 卡片或RLOAD2 將DAREA 和TABLED1 組裝起來，例如：RLOAD1 101 101 1； 

其中：第一個“101”表示RLOAD1 的編號，第二個“101”表示DAREA 的編號，“1”表示TABLED1 的編號。 

這三個卡片中，DAREA 定義載荷數值，TABLED1 定義載荷作用范圍及放大倍數，RLOAD1 將二者組合在一起。 

第四，用DLOAD 卡片將前面定義好的載荷封裝起來，該卡片可以將一個工況下的多個載荷進行封裝。 

例如：DLOAD 1101 1.0 1. 101，其中“1101”表示DLOAD 的編號，第一個“1.0”表示全局放大系數，第二個“1.”表示后面定義載荷的放大系數，“101”表示封裝載荷標號，即前面定義的RLOAD1 的編號。 

3.4 定義阻尼 

使用TABDMP1 卡片定義結構阻尼大小，例如：TABDMP1 2 G 0. 0. 1. 0.04 100. 0.04 ，其中“2”表示TABDMP1 編號，G 表示結構阻尼，第一個“0”表示0Hz 頻率，第二個“0”表示0Hz 頻率時結構阻尼為0，“1”表示1Hz 頻率，第一個“0.04”表示1Hz 時結構阻尼為4%，“100”表示100Hz，第二個“0.04”表示100Hz 時的結構阻尼為4%，該卡片整體表示為從1Hz 開始到100Hz 的結構阻尼為4%； 

3.5 計算迭代次數定義 

使用FREQ1 卡片定義計算迭代次數，例如：FREQ1 1 0. 1 80 

其中第一行的“1”表示FREQ1 編號，“0”表示計算起始頻率，“1”表示每隔1Hz 計算一次，“80”表示計算80 次，即：計算到80Hz。 

3.6 定義模態頻率求解范圍 

使用EIGRL 卡片定義基于模態法進行頻響分析時頻率求解范圍。例如：EIGRL 1 0.0 400. ，其中“1”表示EIGRL 的編號，“0.0”表示模態計算的起始頻率，“400”表示模態計算的終止頻率。 

3.7 定義輸出參數及求解工況 

如下所示定義分析工況和輸出參數。 

SUBCASE 1 
DLOAD=1101 
DISP(PRINT,PUNCH,SORT1,PHASE)=1 
VELO(PRINT,PUNCH,SORT1,PHASE)=1 
ACCE(PRINT,PUNCH,SORT1,PHASE)=1 

3.8 定義控制卡片 

下列求解參數可以在整體控制卡片中進行定義，也可以在各個子工況中進行定義。 

ECHO = NONE 
METHOD = 1 
FREQ = 1 
SDAMPING = 2 
RESVEC=BOTH 

其中，ECHO = NONE 表示不輸出。METHOD = 1 中“1”表示前面定義的EIGRL 的編號，表示采用模態法進行計算；FREQ = 1 中“1”表示前面定義的FREQ1 的編號，表示頻響分析迭代次數；SDAMPING = 2 中“2”表示前面定義的TABDMP1 的編號，表示整個計算頻率范圍內的阻尼均為TABDMP1 定義的阻尼；RESVEC=BOTH，前文已介紹，表示考慮殘余模態對頻響分析的影響。 

3.9 定義參數 

在PARAM 中定義參數如下： 

PARAM POST -2 
PARAM AUTOSPC YES 
其中PARAM POST -2 表示計算結果輸出文件為op2 文件格式； 
PARAM AUTOSPC YES 表示自動添加約束。 

3.10 輸出求解 

上述定義完成后，即可將文件輸出為NASTRAN 的*.dat 或*.bdf 文件進行求解。 

4、應用實例 

4.1 車架Mobility 分析 

綜合考慮車身各懸置點處隔振元件的Mobility 和隔振效果的要求，對某車架的Mobility進行分析計算。 

分析的邊界條件： 

在車身與車架懸置點、發動機懸置點、懸掛系統懸置點等分別沿X、Y、Z 三個方向施加1N 隨頻率（10-700HZ）變化的動載荷。其中發動機左右懸置2 個懸置點，采用局部坐標系加載，載荷大小同上。車架處于完全自由狀態；考察各懸置點三個方向的速度在10Hz 到700Hz范圍內隨頻率的變化量。 

圖2 所示為車架某些懸置點Mobility 分析結果曲線，圖中直線為定義的目標值，曲線為計算所得mobility 值。 

分析結果表明目標車某些懸置點的動態剛度特性滿足NVH 性能要求，而動力總成懸置點的Mobility 分析結果遠大于標桿車的分析結果。經過幾輪的改進分析，動力總稱懸置點的Mobility 值顯著下降，滿足目標。

 
圖2 車架懸置點Mobility 分析結果

4.結論 

1、Mobility 是衡量車輛懸置系統隔振性能的一個重要指標，對Mobility 的評價理論進行分析，并提出了目標值設定的方法； 

2、運用nastran 卡片對mobility 分析過稱進行定義； 

3、運用nastran 對某車架懸置點進行Mobility 分析，并與目標值進行比較，經過幾輪的改進分析車架各懸置點的動態剛度特性基本都能滿足NVH 性能要求。