某重型車懸置支架的模態(tài)分析與改進

黃先科

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230031）

某重型車懸置支架的模態(tài)分析與改進

黃先科

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230031）

在動力總成懸置系統(tǒng)設計開發(fā)過程中，由于懸置支架剛度低造成車內結構振動與噪聲增大的案例已經被證實，文章運用HyperMesh有限元分析軟件建立某重卡懸置支架的有限元模型，從懸置支架結構優(yōu)化設計的角度來說明不同支架結構及車架安裝點對模態(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，重卡的振動噪音問題日益突出。動力總成作為汽車的主要振動源，其懸置系統(tǒng)隔振性能的好壞直接影響到整車的NVH性能。隨著動力總成懸置系統(tǒng)匹配設計技術的長期摸索和試驗驗證，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降低懸置系統(tǒng)的隔振率。

1、動力總成懸置系統(tǒng)隔振率測試

某高端物流重卡在完成動力總成懸置系統(tǒng)的隔振率測試后，測試結果如圖1所示，測試設備為LMS振動測試儀。發(fā)現隔振前、后頻譜圖中被動端在400Hz到650Hz之間出現大量振動放大或振動衰減不到位的現象，根據經驗此頻率段振動問題主要由于被動端懸置支架模態(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，為保證振動與噪聲指標優(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)動機某懸置隔振前、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，網格類型為四面體，網格大小為3，建立的重卡被動端懸置支架有限元模型和一階模態(tài)分析結果如圖2所示。

圖2 某懸置支架有限元模型和一階模態(tài)分析結果

從計算結果可以看出，此支架一階模態(tài)頻率為573Hz，介于試驗共振頻率400Hz和600Hz之間。結果雖能說明此支架確實模態(tài)偏低，存在此頻率段的共振現象，但與400Hz就開始共振的現象不符。考慮到懸置支架在車架上的安裝點并不是純剛體，車架實際剛度會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行計算，得出模態(tài)分析結果如圖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)計結果

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，與試驗結果在400Hz到650Hz之間出現共振現象的吻合度較高，說明懸置支架安裝處的車架剛度不足確實會明顯降低懸置支架的模態(tài)。因此，在優(yōu)化設計懸置支架時要充分考慮安裝點處車架剛度的影響。

3、懸置支架結構優(yōu)化方案

結合此懸置支架在車架上的布置空間，對支架的結構和在車架上的安裝點進行優(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、下翼面的安裝點都移到車架腹面。為了更準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

數據顯示方案二達到了預定目標，支架一階模態(tài)達到了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對分析結果造成一定的偏差，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端支架剛度的提升。同時，通過合理的支架結構設計，方案二中的懸置支架重量也比方案一和原方案都要輕，實現了輕量化要求。

4、效果驗證

圖6 懸置支架優(yōu)化后的懸置隔振前、后頻譜圖

在原方案試驗車上換裝優(yōu)化方案二設計的支架后，再次對動力總成懸置系統(tǒng)的隔振率進行測試，測試結果如圖6所示。發(fā)現原方案懸置被動端在400Hz到650Hz之間出現大量振動放大或振動衰減不到位的現象消失。由于發(fā)動機作為激勵源在高頻段的激勵能量較低，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，運用有限元分析方法，通過合理的懸置支架結構設計和在車架上的安裝點布置，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，此案例分析結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端支架剛度的提升，為后續(xù)的重型車懸置支架設計提供了較好的參考意義。

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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股份有限公司。主要從事發(fā)動機懸置設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.003