懸置系統解耦的案例
增程式電動汽車動力系統及懸置解耦設計
增程式電動汽車動力系統及懸置解耦設計
無論是對于傳統燃油車輛還是純電動汽車、增程式電動車，動力總成都是其最重要的振動噪聲激勵源。為對其振動噪聲進行隔離設計，獲得整車更好的NVH性能，懸置系統及動力總成的設計匹配和解耦都非常重要，為其設計重點和難點。
1. 增程器-電驅動分開布置下的解耦設計
考慮到增程式電動汽車動力系統激勵源的復雜度較高，僅從動力總成激勵源及響應特性的角度出發，推薦增程器（發動機+發電機）系統與驅動系統（電機+減速器+傳動軸）分開布置。其缺點為需要占用更多布置空間，需要設計兩套懸置減振系統，有可能需要付出更多的零部件重量、成本等；其優點為大大降低了動力系統整體設計匹配難度，易于獲得更好的NVH性能，實現整車質量分布的均勻性等。
增程器-電驅動分開布置后，電驅動系統懸置解耦設計可根據純電動車動力總成激勵源特點進行匹配開發。而對于增程器的懸置匹配和解耦設計，主要考慮增程器本身主要工作工況點與動力總成剛體模態的避頻，可根據傳統燃油車懸置設計理論進行匹配開發。
圖1 增程器-電驅動分開布置
2. 一體化增程器-電驅動系統的解耦設計
考慮到布置空間、重量、成本等因素，增程式電動車動力系統采用了較多一體化設計，即發動機+發電機+驅動電機+減速器+控制器一體化設計為一個動力系統，進行整體布置設計和優化，并共用一套懸置系統。其缺點為集成度高帶來激勵頻率復雜，設計難度高，不易獲得較好的NVH性能。
圖2 一體化增程器-電驅動系統集成舉例
由于動力總成激勵的復雜性，懸置系統的設計及解耦非常重要，對增程式電動車整車NVH性能影響很大。
展開 汽車懸置系統分析之ADAMS計算解耦模態
；
2、我們需要創建動力總成的簡易模型，并且設置質心坐標以及動力總成轉動慣量和重量；（注意重量單位）
3.根據懸置彈性中心坐標進行設置：（記得重命名，免得忘記哪個是哪個）
4、在彈性中心位置添加bushing，將懸置剛度添加進去。
5、分析計算（進行能量解耦和剛體模態的分析）并且查看我們分析所得到的結果！
根據分析結果考慮是否調整。
以上就是bushing進行設置分析懸置模態解耦的方法；
當然后面我們還有動力總成位移轉、轉角、以及懸置位移和載荷的設置和分析，
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Adams 動力學分析 懸置系統分析計算 解耦頻率載荷
第一章：懸置系統課程簡單介紹
第二章：懸置系統的解耦與頻率的計算分析方法一
第三章：懸置系統的解耦與頻率的計算分析方法二（個人更喜歡第二種，軸套力分析方法）
第四章：懸置系統的動力總成位移轉角以及懸置位移和載荷計算分析方法
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
Keywords:Engine Mount System;DecouplingRate;The Multi-objective GeneticOptimization Algorithm ;The Displacement and Angle Control of The Powertrain COG
1 前言
目前動力總成系統振動控制方法很多：例如固有頻率控制法，解耦率方法，懸置動反力最小法等。例如通過調節系統固有頻率，使激勵頻率高于相應固有頻率的 倍，并盡量使各個振動模態解耦[1]，該方法主要是控制怠速頻率以下的振動。最近有學者研究【2~3】以基于總傳遞力或動反力最小為目標的設計方法，該類方法能夠保證很好地隔振性能，但其并沒有考慮動反力減小后對動力總成運動姿態的影響。
本文建立了動力總成懸置系統的6自由度動力學模型，計算懸置系統各個方向上的解耦率和怠速工況下的動反力，以三個懸置動反力之和最小為目標，以前左右懸置剛度及安裝角度為主要變量對某MPV車型V型布置懸置系統進行優化（見圖1）、并對優化結果施加路面激勵及扭矩激勵，考察優化前后動力總成質心和轉角幅頻特性的變化情況，對優化方案進行樣件試制并測試。本文綜合考慮了所有的控制指標，以最終的動力總成質心位移和轉角最小為優化目標，取得了較好的效果，說明了該設計方法的可行性。
圖1 某MPV車型V型懸置系統布置
2 懸置系統的解耦率與動反力
將各個懸置簡化為沿空間3個相互垂直方向(即主剛度方向)上的彈性阻尼元件。動力總成懸置系統將構成一個空間六自由度系統，見圖2。設動力總成置于相互正交的G0-xyz坐標系中，其中原點G0為靜止時動力總成的質心。
展開 整車懸置解耦思路和后處理
注： 本文首發在我個人微信公眾號：誤入CAE的程序員
來源：誤入CAE的程序員
作者:朱淑強
汽車的懸置系統有兩個作用，首先是固定和支撐動力總成，限制動力總成在工作中的位置，防止與其他部件碰撞，其次就是隔振作用，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。要想提高動力總成的隔振性能，核心就是解決動力總成剛體模態的頻率分配和振動耦合問題，說白了就是動力總成剛體模態的解耦。
這里有兩點:一個是動力總成的剛體模態到底應該分布在哪個地方，第二是動力總成的剛體模態之間應該達到怎么樣的解耦率，解決了這兩個問題，就大致解決了懸置的設計，動力總成的振動能力才能最少的傳遞到車身。
展開 
基于能量法解耦的汽車動力總成懸置系統優化
【摘要】針對某皮卡車更換動力總成后，出現怠速工況下動力總成晃動較大的現象* 利用能量法
解耦的基本原理，并采用?@?$A 對該車動力總成懸置系統進行優化設計，從而提高其隔振效率，降
低整車的振動。
關鍵詞：動力總成懸置系統Y 能量法解耦Y ?@?$AY 優化
基于能量法解耦的汽車動力總成懸置系統優化.pdf
基于MSC Nastran懸置優化
在開發工程車和乘用車時，為了整車的駕乘舒適性和減少動力系統振動向整車傳遞現象的發生，必須計算動力總成懸置系統的模態及解耦，以期達到良好的隔振效果和整車舒適性。動力總成懸置系統主要有兩個作用：
? 一是固定和支撐動力總成，限制動力總成在各種工況下的位移量，防止與其它部件碰撞；
? 二是隔振作用，將動力總成的振動盡可能少的傳遞到車身。懸置系統隔振性能的核心就是解決剛體模態的頻率分配和振動耦合問題，簡言之就是關注動力總成的剛體模態和解耦率；
? 三是作為動力吸振器，吸收來自路面的振動激勵。
MSC Nastran是汽車行業有限元分析的標準工具。長安汽車、東風神龍、吉利汽車等汽車行業頂級廠商都在應用MSC Nastran作為主要整車NVH仿真工具，利用Nastran可以完成模態解耦、非線性剛度校核、28工況等標準懸置系統開發。同時，基于f06、pch或者HD5格式文件，可以完成分析流程自動化數據處理，仿真結果提取、報告自動生成等工作。本章集中在利用Nastran完成模態解耦分析。
展開 基于ADAMS的懸置系統整車剛體模態解耦分析方法
目前懸置系統設計中廣泛利用的6自由度模型，由于忽略了車身質量、懸架和輪胎的剛度等，因此計算得到的動力總成剛體模態和能量分布與在整車狀態下搭建的16自由度模型的計算結果有一定差異，特別是解耦率差異很大。但是搭建6自由度模型所需要的輸入參數較少，因此在動力總成懸置系統的設計初期，可以用來進行懸置系統的計算分析。后期到達一定階段以后，整車的各種設計參數鎖定，可以獲取整車的重量、轉動慣量和簧載質量等數據后，應該進行一次16自由度模型的校核。本文將以一個例子來說明6自由度和16自由度模型計算結果的差異，并探討造成差異的原因。
1 已知參數
本研究汽車的動力總成由右懸置、左懸置和后懸置組成，后懸置為一防扭拉桿。動力總成、車身及非簧載質量在其質心坐標系下的質量和慣性參數如表1示。動力總成質心、車身質心以及各懸置安裝點在汽車坐標系下的坐標如表2示。各懸置靜剛度值見表3，橡膠懸置的動靜比為1.4。三個懸置的局部坐標系分別與動力總成坐標系平行。各懸架的安裝位置、三向剛度如表4示，各車輪剛度均取220 N/mm。
2 ADAMS模型搭建
按照表1到表4中的數據在ADAMS/VIEW 中分別建立動力總成懸置系統6自由度模型和非簧載質量-車身-動力總成16自由度模型，圖1為6自由度動力總成懸置系統模型，動力總成與地面之間在三個懸置點分別用BUSHING 連接。圖2為16自由度模型，非簧載質量與地面用螺旋彈簧連接，并限制非簧載質量只有垂向自由度，非簧載質量與車身、車身與動力總成之間用BUSHING 連接，并利用利用SPRING模擬四個車輛剛度，相應參數依照1 中數據。
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
因此動力總成質心坐標系下，需要重點考察有慣性力、慣性力矩存在的方向上的解耦情況。
3、TRA坐標系下得解耦分析
參考TRA坐標系，更多的考慮傾覆力矩波動對隔振性能的影響。 如果動力總成前置后驅左右懸置布置成V型或者中置后驅車型如以前五菱之光、長安之星的動力總成布置與水平面成50°夾角的情況下，最好是能做一下TRA坐標系下得解耦校核。重點要考察繞TRA軸的解耦情況。
圖5 與水平面成50°布置的發動機
三、參考不同解耦坐標系的問題
1、原則上：解耦應參照激振力的方向進行解耦。比如水平方向存在激振力，應確保水平方向的模態是解耦的。
2、但對于動力總成懸置系統來說，傾覆力矩波動引起的振動繞TRA方向。TRA坐標系的另外兩個軸一般不與任何一個水平坐標系平行。
3、因此，解耦僅參考一個坐標系似乎都不合理。
4、現今TRA軸是自由狀態無約束下的TRA軸，動力總成懸置系統TRA軸實際上應為約束TRA軸。
四、不同工況下解耦參考坐標系的適用情況
1、 怠速下，理論上參考TRA坐標系更好，但還需考慮發動機的缸數所帶來的激振力的方向。
2、 高轉速下，參考動力總成質心坐標系或整車坐標系更好（依據動力總成布置傾斜程度而由不同的考慮）。
3、 路面或輪胎激勵下，則參考整車坐標系更好。
4、 在低頻0-50HZ時，路面激勵和傾覆力矩波動對振動影響較大，慣性力/慣性力矩對振動影響較小。因此低頻范圍需重點關注整車坐標系和TRA軸坐標系下的解耦
5、 當轉速上升至一定范圍，慣性力/慣性力矩會顯著增大，但對應的頻率與懸置系統固有頻率相比已有足夠大的隔振空間。因此可以不考慮動力總成質心坐標系下的解耦情況。
展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran懸置優化（一）
Part.2
結 論
目前，在車輛開發過程中，有基于Matlab或其他自編寫程序，進行懸置系統解耦等方面工作，針對動力懸置系統開發，基于MSC Nastran 進行懸置系統開發由以下優勢：
? 企業NVH開發中，標準計算程序，有50多年工程應用歷史，各大OEM均有Nastran程序，其他軟件投資少；
? MSC Nastran 功能完善，可以基于同一模型支持；
? 懸置系統解耦率計算；
? 隔振率分析，支持線性彈簧或頻變特性彈簧特性分析；
? 極限位置分析，支持非線性彈簧分析，基于試驗測試輸入拉伸、壓縮曲線校核不同載荷作用，動力系統工作狀態；
? 懸置橡膠部件詳細設計，考慮材料超彈性分析，支持彈性元件自接觸等非線性分析；
? 懸置系統與整車系統傳遞分析；
? 基于python語言數據分析與自動化報告生成等。
為了推進NASTRAN軟件深入應用，后期會講解和演示隔振率、極限位置非線性分析等相關內容。
展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran懸置優化（一）
Part.2
結 論
目前，在車輛開發過程中，有基于Matlab或其他自編寫程序，進行懸置系統解耦等方面工作，針對動力懸置系統開發，基于MSC Nastran 進行懸置系統開發由以下優勢：
? 企業NVH開發中，標準計算程序，有50多年工程應用歷史，各大OEM均有Nastran程序，其他軟件投資少；
? MSC Nastran 功能完善，可以基于同一模型支持；
? 懸置系統解耦率計算；
? 隔振率分析，支持線性彈簧或頻變特性彈簧特性分析；
? 極限位置分析，支持非線性彈簧分析，基于試驗測試輸入拉伸、壓縮曲線校核不同載荷作用，動力系統工作狀態；
? 懸置橡膠部件詳細設計，考慮材料超彈性分析，支持彈性元件自接觸等非線性分析；
? 懸置系統與整車系統傳遞分析；
? 基于python語言數據分析與自動化報告生成等。
為了推進NASTRAN軟件深入應用，后期會講解和演示隔振率、極限位置非線性分析等相關內容。
展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran懸置優化（一）
Part.2
結 論
目前，在車輛開發過程中，有基于Matlab或其他自編寫程序，進行懸置系統解耦等方面工作，針對動力懸置系統開發，基于MSC Nastran 進行懸置系統開發由以下優勢：
? 企業NVH開發中，標準計算程序，有50多年工程應用歷史，各大OEM均有Nastran程序，其他軟件投資少；
? MSC Nastran 功能完善，可以基于同一模型支持；
? 懸置系統解耦率計算；
? 隔振率分析，支持線性彈簧或頻變特性彈簧特性分析；
? 極限位置分析，支持非線性彈簧分析，基于試驗測試輸入拉伸、壓縮曲線校核不同載荷作用，動力系統工作狀態；
? 懸置橡膠部件詳細設計，考慮材料超彈性分析，支持彈性元件自接觸等非線性分析；
? 懸置系統與整車系統傳遞分析；
? 基于python語言數據分析與自動化報告生成等。
為了推進NASTRAN軟件深入應用，后期會講解和演示隔振率、極限位置非線性分析等相關內容。
展開 
設計仿真 | 基于MSC Nastran懸置優化（三）
在開發商用車和乘用車時，為了整車的駕乘舒適性和減少動力系統振動向整車傳遞現象的發生，必須計算動力總成懸置系統的模態及解耦，以期達到良好的隔振效果和整車舒適性。動力總成懸置系統主要有幾個作用：
01
固定和支撐動力總成驅動反力，限制動力總成在各種工況下的位移量，防止與其它部件碰撞。
02
隔振作用，將動力總成的振動盡可能少的傳遞到車身。懸置系統隔振性能的核心就是解決剛體模態的頻率分配和振動耦合問題，簡言之就是關注動力總成的剛體模態和解耦率。
03
作為動力吸振器，吸收來自路面的振動激勵。
在車輛研發過程初期，傳統方法將車身或底盤系統（商用車車架）看作是質量和剛度無限大，從而將整車動力系統總成解耦簡化為六個自由度振動剛體和由三個或四個彈性彈簧（BUSH）單元支撐組成的六自由度懸置系統的解耦問題。并利用優化算法，基于數學規劃或啟發式算法對懸置剛度、安裝位置、安裝角度等進行優化，保證懸置系統解耦。這種方法簡單、快捷。但是，這種方法忽略車身或車架剛度支撐影響，無法準確評估整車詳細模型動力系統解耦分布、各個懸置支撐方向的隔振率、車身或車架局部結構設計細節對關鍵頻率的影響等；因此，當開發過程中，當到達整車有限元模型階段時，需要將懸置系統開發與整車性能評估結合起來，詳細評估動力系統總成解耦率、隔振率等。
在計算隔振率時，可以基于單個方向施加單位載荷，計算隔振率或基于動力總成懸置被隔離2端點的振動位移、速度或加速度，利用下面公式，確定懸置系統的隔振率：
其中：a主為主動端加速度；a被為被動端加速度。
NVH對懸置隔振率的要求?般為?于20dB即為合格，放寬點可以到15dB.
展開 設計仿真 | 基于MSC Nastran懸置優化（三）
在開發商用車和乘用車時，為了整車的駕乘舒適性和減少動力系統振動向整車傳遞現象的發生，必須計算動力總成懸置系統的模態及解耦，以期達到良好的隔振效果和整車舒適性。動力總成懸置系統主要有幾個作用：
01
固定和支撐動力總成驅動反力，限制動力總成在各種工況下的位移量，防止與其它部件碰撞。
02
隔振作用，將動力總成的振動盡可能少的傳遞到車身。懸置系統隔振性能的核心就是解決剛體模態的頻率分配和振動耦合問題，簡言之就是關注動力總成的剛體模態和解耦率。
03
作為動力吸振器，吸收來自路面的振動激勵。
在車輛研發過程初期，傳統方法將車身或底盤系統（商用車車架）看作是質量和剛度無限大，從而將整車動力系統總成解耦簡化為六個自由度振動剛體和由三個或四個彈性彈簧（BUSH）單元支撐組成的六自由度懸置系統的解耦問題。并利用優化算法，基于數學規劃或啟發式算法對懸置剛度、安裝位置、安裝角度等進行優化，保證懸置系統解耦。這種方法簡單、快捷。但是，這種方法忽略車身或車架剛度支撐影響，無法準確評估整車詳細模型動力系統解耦分布、各個懸置支撐方向的隔振率、車身或車架局部結構設計細節對關鍵頻率的影響等；因此，當開發過程中，當到達整車有限元模型階段時，需要將懸置系統開發與整車性能評估結合起來，詳細評估動力系統總成解耦率、隔振率等。
在計算隔振率時，可以基于單個方向施加單位載荷，計算隔振率或基于動力總成懸置被隔離2端點的振動位移、速度或加速度，利用下面公式，確定懸置系統的隔振率：
其中：a主為主動端加速度；a被為被動端加速度。
NVH對懸置隔振率的要求?般為?于20dB即為合格，放寬點可以到15dB。
展開 電動汽車電機總成懸置系統仿真分析及優化
目前對電動汽車噪聲的研究大部分是沿襲內燃機汽車的控制方式與設計方式，本文建立電機總成懸置系統六自由度模型，計算電機總成懸置系統的固有頻率和能量解耦率，并通過改變電機懸置的位置和剛度對電機懸置系統進行仿真優化，以期降低電動汽車懸置系統的振動噪聲。
１ 模態解耦率計算的基本理論
從能量角度來說，模態解耦是指系統在某個方向的作用力所做的功全部轉化為系統在該方向的能量，即沿著某方向的激振力只能引起該方向上的振動［１０］。系統的解耦程度通常用模態解耦率來表示，模態解耦率是指在廣義坐標上某個模態分配到的動能占系統總動能的比例。在某階頻率下，當模態能量占總能量的 ９８％時，表明該模態能量非常強，也即表明該頻率下的該模態占主導地位，其解耦程度非常高。如果各階模態的解耦率均為 １００％，表明它們彼此獨立，進行系統分析可以將各階模態當作單自由度系統來處理［１１］。
模態解耦率的計算方法如下［１２］：
１）計算電機懸系統的固有頻率主振型矩陣
固有特性的分析不涉及到外界激振力的影響，因此通常可以將懸置系統簡化為自由振動系統，又因為阻尼對系統的固有特性影響較小，因此在固有特性的計算過程中可以忽略阻尼的影響［１３］，則系統的振動微分方程為
式中：M 為系統的質量矩陣；q 為系統的廣義坐標；K 為系統的剛度。式（１）的特征方程為
式中：ωi 為圓頻率，ｒａｄ／ｓ，ωi ＝２πfi，其中 fi 為第 i 階固有頻率，Ｈｚ。
通過式（２）計算得到動力總成懸置系統的六階固有頻率 f１ ，……，f６ （對應的圓頻率分別為 ω１ ，……，ω６ ）。
展開 設計仿真 | 直播預告-基于MSC Nastran車輛懸置系統開發
整車振動激勵主要來自路面激勵和總力總成激勵，其中作為車輛重要的振動源，動力總成懸置系統開發是影響車輛NVH性能的重要指標。車輛懸置開發要滿足多個目標，如支撐動力系統重量、為車輛行駛提供支撐力矩、怠速系統隔置、車輛行駛典型工況中限位與總布置要求等，其中各個開發目標又是相互矛盾。
海克斯康工業軟件旗下MSC Nastran作為一款有限元分析工具，基于統一開發環境，基于同一動力學參數驅動的仿真模型能夠實現快速高效開發，并且能夠利用python將Nastran的開發工況過程化，編制自動化腳本，實現開發效率提升。
本期直播將與大家分享在受產品開發周期限制時，如何在有限時間內進行多次迭代？基于python語言如何實現動力總成懸置系統開發過程標準化、自動化處理仿真數據，最終通過形成報告開發，實現顯著節省開發時間，降低費用，提升動力總成性能。歡迎預約報名！
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