動力總成抗扭懸置設計的案例
某新型動力總成抗扭懸置設計及仿真分析
仿真結果整理如下：
2 抗扭結構的縱置動力總成懸置的設計計算分析
2.1 設計方向制定及結構設計
根據之前對于動力總成異常抖動和振動的引發因素的推論及模型仿真結果的分析得出，動力總成Lateral 方向懸置剛度較低，經分析主要是后懸置的該方向剛度較低導致動力總成Lateral 模態9.54Hz，繞曲軸roll 的頻率較低只有5.64Hz，結合實際測試數據分析發現重要的振動出現在變速器尾部，與分析結論相符合，故接下來對變速器懸置進行優化設計，主要對其Y 向剛度進行調整優化設計，如下圖。
為了增加lateral 向的抑制能力，只有增加其向剛度，和更改設計曲線將線性區間變短來縮短總成的在點熄火扭矩超調時的位移量。利用現有襯套的結構，其軸向（u 向）剛度較低但徑向（v 向）剛度較高，故將懸置襯套橫置，橫采用三個相同襯套聯合提供剛度，當然在此結構中適當的調整懸置襯套的布置角度可以增加抗扭的作用，同時將基于之前變速器懸置的主方向（整車Bounce 向）剛度進行設計新懸置結構，將剛度進行拆分，由于靜剛度的降低，其對應的橡膠硬度也會降低，動靜比也會隨之降低，故動剛度也會有明顯下降的趨勢。K 總sfz=240N/mm，K 總dyz=340N/mm，令K1sfZ/K2sfZ/K3sfZ 分別為：中心抗扭襯套GearBox_Mid，左抗扭襯套GearBox_LHM，右抗扭襯套GearBox_RHM 的靜剛度，且K 總sfz=K1sfZ+K2sfZ+K3sfZ= 240N/mm，令K1sfZ =80N/mm；K2sfZ=80N/mm；K3sfZ=80N/mm，當剛度被分為若干個剛度并聯時，總設計剛度基本不變前提下。
展開 懸置抗扭拉桿設計
在懸置系統中，抗扭拉桿一端與動力總成相連，另一端與車身或者副車架相連，抗扭拉桿兩端均有橡膠襯套或者液壓襯套。汽車動力總成后拉桿懸置襯套是將動力總成與后車架連接的關鍵部件之一。其作用一方面是車輛在多種行駛工況下傳遞作用在動力總成上的力和力矩;另一方面，懸置橡膠襯套可以減少動力總成對車輛的沖擊，其襯套結構及剛度值對車輛N V H特性影響較大。實際NVH測試表明，抗扭拉桿+大端襯套+小端襯套系統的彈性剛體模態有時會對NVH性能產生較大影響，如果小端襯套剛度較低，系統的剛體模態也較低，振動響應的幅值會變大，NVH問題會更為突出。以下PPT是我在2017汽車NVH控制技術國際研討會的發言稿。給大家詳細講解了懸置抗扭拉桿設計需要注意的問題。
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汽車動力總成懸置系統及懸置設計與實驗驗證
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動力總成懸置設計
對于汽車發動機的支撐形式，相信大家并不陌生，其中最主要的部件就是動力總成的懸置，它不僅要起到支撐發動機的作用，同時還有消除發動機產生的振動噪聲等一系列問題，所以關于動力總成懸置的設計及其重要，今天我們繼續來講講動力總成懸置設計。
來源：汽車技研
動力總成懸置系統優化設計方法探討 ￥8.8
動力總成懸置系統優化設計方法探討
【技術貼】EXCITE Mount Layout工具在動力總成懸置設計上的應用
1 前言
動力總成懸置系統作為動力總成和車身之間的隔振系統，其工作性能直接影響整車舒適性、平順性及 NVH性能。隨著汽車技術的發展和路況的不斷改善，動力總成成了汽車的最大振動源，為改善汽車的乘坐舒適性，懸置必須具有良好的隔振作用。如何選擇或設計合理的懸置也是汽車開發過程中的重點之一。EXCITE Mount Layout 工具作為懸置設計的專用工具，可為懸置設計開發提供極大便捷性。本期技術貼將給大家介紹EXCITE Mount Layout 在懸置開發過程中應用。
眾所周知，汽車的懸置一方面固定和支撐動力總成，并在車輛行駛過程中限制由于車輛啟動、加減速或者路面顛簸等原因引起的動力總成位移，防止與其他部件碰撞，另一方面也起到隔振作用，將內燃機的振動盡可能少的傳遞到車身，提高車輛的音振性能水平。從隔振角度而言，希望懸置越軟越好，以此將振動隔離到最小；而從支承和限位的角度來講，由于布置空間和結構的限制，希望懸置越硬越好。所以在懸置系統設計時，就要平衡好兩者的關系，在盡可能隔振的基礎上，也要保證支撐和限位的功能。
2 建模簡介
由于動力總成懸置系統的固有頻率一般在 5~30Hz之間，而動力總成的彈性模態一般要大于60 Hz，也就是說在懸置系統固有頻率范圍之間，動力總成的振動只以剛體模態存在，在懸置概念設計過程中，動力總成考慮成剛性體，只需要考慮其質量以及轉動慣量。EXCITE Mount Layout工具中，用戶可直接定義動力總成質量以及轉動慣量信息。同時該工具也支持分別定義發動機以及變速箱質量屬性以及空間位置，快速完成動力總成剛性體創建。
早期動力總成懸置方案選取過程中，合適的懸置個數與合理的位置直接關系到懸置的隔振效果，動力總成懸置個數與動力總成重量、尺寸、安裝方式以及發動機排量相關。汽車動力總成懸置系統多采用三點或四點支承。
展開 動力總成懸置支架多工況拓撲優化設計研究
可見拓撲優化設計對結構輕量化的效果是很明顯的。
6.結論
在懸置系統動力學仿真分析的基礎上，進行了某車型車身側右懸置鈑金支架所受應力和模態頻率的預分析。結合預分析的實際情況，采用變密度法對零件進行了結構拓撲優化，通過拓撲優化前后的應力分布及模態頻率情況的對比。說明了拓撲優化對于懸置支架的輕量化和力學性能的改善有著顯著的效果。本文建立的優化設計方法和設計思路也可用于汽車上其他零部件的設計。
拓撲優化技術這一新興優化設計方法非常適合于汽車工業中車身整體和單個零件的設計. 盡管有一些困難,但世界范圍內的汽車業已有大量成功應用的案例,專門的拓撲優化軟件現也已相對成熟. 目前國內汽車工業的相關研究和應用還不多,因此需要加強這一方面的研究工作,推廣拓撲優化技術的使用,從而促進汽車設計水平與國際接軌。
參考文獻
1黃慶，杜登惠，黃小飛動力總成懸置支架的多工況拓撲優化 汽車技術，2008（10）
2 楊樹凱，朱啟昕，吳仕賦.基于有限元技術的汽車支架拓撲優化設計研究.汽車技術，2006（3）
3顧春祺.拓撲優化在汽車控制臂輕量化設計中的應用.2007中國汽車工程學會論文集,568-571
4潘孝勇，柴國鐘，劉飛，徐馳.懸置支架的優化設計與疲勞壽命分析.汽車工程，2007（4）
5呂兆平能量法解耦在動力總成懸置系統優化設計中的運用。汽車工程，2008（6）
展開 基于動力總成質心位移及轉角控制的懸置系統優化設計
以V型布置前左右懸置夾角為設計變量，使其在15°到45°之間變動，通過編制Matlab程序集成ISIGHT進行優化，使用NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法自動推薦一組最優解。
4.優化設計實例
4.1 原車型懸置系統分析
公司某型MPV的發動機懸置系統換裝動力總成后出現怠速抖動大，噪聲無法達到目標值的問題。對兩個動力總成的慣性參數進行對比（見表1），發現兩者差別較大。由于動力總成轉動慣量的差異，借用原動力總成懸置系統剛度及安裝角度（表2）進行計算得到各階固有頻率和能量分布百分比如表3所示，此時動反力F=720.7N。
表1 新舊動力總成慣性參數對比
表2原懸置系統主軸剛度及安裝角度
表3原懸置系統在新動力總成慣性參數下的解耦率及固有頻率
表2為計算得到的動力總成剛體在6個方向振動的固有頻率和能量分布,由表可見,動力總成系統在垂直方向的解耦率為77.94% ,動力總成繞曲軸方向振動的頻率為18Hz,遠遠高于設計目標。解耦率為26.54% , 該方向的振動和繞Z向模態耦合嚴重。另外Z向和側傾，橫擺向和Y向也存在較為嚴重的耦合情況。對動力總成施加單位路面激勵（1N）和繞曲軸扭轉方向扭矩激勵（200N.m）,得到動力總成在平動及轉動幅頻特性如圖3所示[7]。從圖3中可知，在路面激勵的情況下,動力總成垂直方向的位移達到了11.5mm，位移過大。在轉矩激勵的情況下表現更加惡劣，動力總成繞曲軸方向平動位移超過35mm，而角位移幅頻特性峰值也超過14°。此為導致整車怠速振動噪聲不能達標的主要原因。
圖3原懸置系統動力總成質心在路面及扭矩激勵下的幅頻特性
4.2 系統優化及分析
將置剛度變動范圍設定為±15%，V型懸置的安裝角度可在15°到45°之間變動。
展開 形貌優化在動力總成懸置支架設計中的應用
由于發動機懸置系統的模態頻率在25Hz以下，與發動機（含支架）比較起來相差太大，因此通常將發動機當作剛體。并且為了讓發動機支架不在發動機點火激勵的影響下產生共振，以直列四缸發動機為例，大多數設計公司都要求支架的1階模態頻率高于發動機額定轉速下的4諧次頻率的20%~30%，即如果發動機額定轉速為6000rpm，那么支架的1階模態頻率就要高于600Hz。支架強度要求在GMW14116標準[1]規定的28種工況載荷下不發生破壞。
對于鈑金支架零件，在鈑金型材上沖壓加強筋，在材料成本不變的前提下是提高支架結構強度的主要手段，因此確定加強筋布置方案是鈑金支架設計開發的關鍵環節之一。目前，有限元技術在支架的設計中已經得到廣泛應用[2] [3]，但由于零件具體形狀、安裝位置的不同，支架上加強筋的布置也各不相同。根據有限元分析結果對加強筋布置方案進行改進大多只能憑借設計者的經驗，得到的往往只是可行性設計而不是最優化設計，如何借助先進的設計理念及分析工具獲取支架加強筋的最優布局[4]是設計者們正需要解決的問題。利用HyperWorks中的形貌優化工具，可以按照設計的要求，優化出支架加強筋的最佳布局，這樣不僅可以節省設計的時間，而且還能提高設計質量。
1 載荷工況確定
根據GMW14116標準[1]規定的懸置系統28工況載荷數據，在此選取4個極限工況和2個典型工況作為計算的依據(見表1), 此處的載荷數據來自某車型懸置系統設計匹配分析報告。
2 建立優化模型 根據懸置支架在整車及發動機上的設計空間，設計出支架的初始模型。初始模型的設計不考慮肋板的布置，僅根據設計空間設計出支架的初始形貌。
展開 動力總成懸置系統設計中的坐標系定義及解耦坐標系討論
要做好懸置系統設計，首先要搞清楚坐標系的定義問題，在懸置解耦分析過程中，不同的坐標系下計算出來的結果差異很大。在不同的坐標系下做解耦分析還涉及到動力總成慣性參數在不同坐標系下轉換的問題。今天我就和大家詳細探討這一問題。
一、坐標系定義
1、發動機坐標系：
以曲軸中心線與發動機后端面(RFB)的交點為坐標原點Oe; Xe軸平行于曲軸中心線,指向發動機前端; Ze軸平行與氣缸線,指向缸蓋; Ye根據右手定則確定,應與氣缸中心線所在的中心面垂直,指向發動機左側(從變速箱端向皮帶輪端看).見圖1
圖1 發動機坐標系
2、質心坐標系：
坐標原點位于質心原點Oc;與發動機坐標系OeXeYeZe各軸對應平行且方向相同的坐標系為動力總成質心坐標系。見圖2。
圖2 質心坐標系
3、整車坐標系：
以兩個前輪中心點連線的對稱中心作為原點Ov，Xv軸從車頭指向車尾，Zv軸垂直向上，Yv軸則按右手法則確定的坐標系，如圖3所示。
圖3 整車坐標系
4、TRA坐標系：
TRA坐標系的原點位于動力總成質心位置，其中一個軸位于TRA軸上，另外兩個軸的方向不確定。圖4展示了一款前置后驅車型中TRA坐標系與發動機坐標系及整車坐標系的相對關系。
圖4 TRA坐標系與發動機坐標系及整車坐標系的相對關系
二、解耦坐標系適用情況
1、整車坐標系下得解耦分析
常規動力總成懸置系統（前橫置發動機）多在整車坐標系（原點設置在動力總成質心處）下解耦。參考整車坐標系解耦，更多的考慮路面激勵帶來的隔振影響。此時重點考察Z方向的解耦情況。
2、動力總成坐標系下的解耦分析
參考動力總成質心坐標系解耦，更多的考慮動力總成慣性力、慣性力矩對隔振的影響。
展開 基于Adams的電動汽車動力總成懸置系統分析與優化設計
4 動力總成懸置優化結論
通過以上分析和優化，新方案（三點懸置）為本次動力總成懸置最佳布置方案，墊剛度建議取值X/Y向：300N/mm； Z向取600—750N/mm；這樣新方案在解耦率方面是可以很好的滿足要求的（六方向解耦率均大于80％），，且前六階頻率間隔大于1HZ，同時避開了常用車速下傳動軸的二階頻率和輪胎激勵，有利于整車NVH性能的改善。
5 結束語
經過以上分析，我們對不同形式動力懸置系統的剛體模態和能量解耦分析，并且通過Adams軟件的懸置系統仿真和解耦計算，掌握了動力總成懸置系統的設計思路及關鍵點，為各類變型車設計及新車型開發提供了理論依據和設計參考。
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技術鄰周報Q18：結構設計/Abauqs/氣固耦合/NVH/巖土/iSolver/超彈模型/CFD/動力總成...
9、五級簡化，助你快速搞定電機CFD散熱
作者：
YeY
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830540
通常，在電機設計的過程中，采用CFD方法進行建模和仿真，可以快速計算得到電機散熱情況和整體的溫度分布，從而為我們的電機設計提供重要的數據支撐。不過，由于電機內部部件較多，各部分的發熱與散熱情況復雜，因此想要進行高效又準確的CFD模擬，必須要對電機模型進行簡化才能達到目的。
10、某新型動力總成抗扭懸置設計及仿真分析
作者：
禾下乘涼夢
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830551
在商用車，皮卡，輕重型客車及大型工程車輛上多采用縱置動力總成，其扭矩質量較大，且柴油車輛居多，工作過程較為粗暴，在工作過程中振動較大，點熄火及扭矩突變的工況抖動振幅及余振都極為明顯，是當今車輛的一個亟待解決的問題，文章主要以點熄火抖動大作為出發點進行問題的分析歸納及優化方向作為研究方向，提出了新型懸置的設計理念及其對應的解耦結果對比分析及結論的驗證，從而達到一個針對該問題的解決方案及思路。
11、Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化成型仿真
作者：
320科技工作室
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1830920
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。
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