某SUV 动力总成悬置系统引起的振颤问题研究

鲍金龙，张慧芳，李羊

（071000 河北省 保定市 长城汽车股份有限公司 河北省汽车技术创新中心）

0 引言

减速带工况振颤是一种常见的平顺舒适性问题，与其关联的系统主要包括动力总成、悬置系统、车身、悬架系统等。由于该问题在ICE 车型中更常见，故动力总成及悬置系统的影响因素较大。由于人体对4～12 Hz 的垂向振动较敏感[1]，如何优化动力总成engshake 模态引起的低频振颤，一直是悬置系统设计的重点及难点。

传统悬置系统设计主要以优化悬置系统弹性轴及扭矩轴布置位置[2]、频率及解耦率为目标，重点考虑启动、怠速等NVH 工况[3]，针对平顺舒适性的考虑较少。本文采用模态耦合设计思路[4]，利用动力总成bounce 及pitch 耦合，分散动力总成振颤能量并使pitch 与簧下质量模态耦合，将动力总成作为吸振器，在不影响NVH 工况性能的基础上，提升平顺舒适性，为动力总成悬置系统设计提供一种新思路。

1 问题描述

对于有越野属性的车型，通常采用纵置动力总成形式，且基于耐久性能考虑，悬置系统通常采用橡胶材质。与液压悬置相比，橡胶悬置的阻尼较小，容易发生振颤问题，故对悬置系统的设计及匹配能力要求更高[5]。如某SUV 车型，以车速30 km/h 驶过减速带时主观感受有明显振颤，与竞品相比车身测试数据峰值较大，频率约为11.5 Hz，如图1 所示。

图1 车身减速带加速度测试曲线Fig.1 Body acceleration test curve of deceleration bump

2 机理分析

由于减速带激励属于宽频激励，可激励起簧下质量模态、簧载质量模态及动力总成刚体模态，故建立包含簧下质量、车身及动力总成的三自由度1/4 整车模型，如图2 所示。在x0处输入单位正弦扫频激励，通过FRF 分析振颤产生的机理。

图2 三自由度1/4 整车模型Fig.2 3-DOF 1/4 vehicle model

图2 中：MT——簧下质量；MB——车身质量；ME——动力总成质量；KT——轮胎刚度；KS——悬架刚度；KE——悬置刚度；CS——悬架阻尼；CE——悬置阻尼；x0——路面激励；xT——簧下质量响应；xB——车身响应；xE——动力总成响应。

输出车身处的加速度响应曲线如图3 所示，包含3 个峰值及1 个谷值。其中，峰值频率f1对应簧载质量模态频率；谷值频率f2对应动力总成bounce 频率；峰值频率f3对应动力总成振颤（engshake）频率；峰值频率f4对应簧下质量模态频率。

图3 车身处加速度频响曲线Fig.3 Acceleration frequency response curve of vehicle body

进一步研究悬置刚度变化对车身响应的影响，增加悬置刚度，使f3接近f4时，车身响应明显增大，当f3与f4重合时车身响应峰值最大，如图4 所示。

图4 车身处加速度频响曲线Fig.4 Acceleration frequency response curve of vehicle body

继续增加悬置刚度，使f3与f4模态避频，车身响应减小，当f2与f4耦合时车身响应峰值最小，如图5 所示。

图5 车身处加速度频响曲线Fig.5 Acceleration frequency response curve of vehicle body

综上所述，当动力总成振颤（engshake）频率f3与簧下质量频率f4耦合时，易产生整车低频振颤问题。利用动力总成作为吸振器，使动力总成bounce 频率f2与簧下质量频率f4重合，可抑制整车低频振颤。

3 优化方案

基于以上研究，制定利用bounce 与f4耦合的可行性方案，原状态悬置系统模态及解耦如表1 所示。

表1 原状态悬置系统模态及解耦Tab.1 Mode and decoupling of original mount system

3.1 优化方案1

直接增加悬置刚度，使bounce 提高到11.5 Hz与振颤频率重合，虽可抑制整车低频振颤，但会使roll 频率增加到12.7 Hz，导致车辆启动、怠速及加速等NVH 性能变差[6]，仿真分析结果不可接受，如表2 所示。

表2 优化方案1 仿真分析结果Tab.2 Analysis results of optimized project 1

3.2 优化方案2

采用模态耦合设计思想，通过优化悬置Y向及Z向刚度，使动力总成bounce 及pitch 耦合，同时使pitch 频率设置在11.5 Hz 附近与簧下质量模态耦合，可实现将动力总成作为吸振器，如表3 所示。且优化方案未增加roll 频率，故对怠速及加速等NVH 性能无影响。

表3 优化后悬置系统模态及解耦Tab.3 Mode and decoupling of optimized mount system

优化方案2 减速带工况仿真结果如图6 所示，与原状相比，车身处加速度RMS 降低0.15g，优化效果明显。

图6 车身减速带加速度仿真曲线Fig.6 Body acceleration simulation curve of deceleration bump of optimized project 2

4 试验验证

采用优化方案2 开展实车减速带验证，测试结果如图7 所示。车身RMS 为0.16g，与原状态相比降低0.19g，整车主观评价优于竞品，且启动、怠速及加速等NVH 性能与原状态相比无明显差异。

图7 车身减速带加速度测试曲线Fig.7 Body acceleration test curve of deceleration bump

5 结语

通过分析簧下质量、车身质量、悬置系统及动力总成在整车激励下的响应机理，提出悬置系统模态耦合设计思路，利用纵置动力总成bounce 及pitch 耦合（对于横置动力总成为bounce 及roll），将其作为吸振器，在不影响启动、怠速及加速等NVH 性能的基础上，成功解决了整车减速带工况低频振颤问题，为动力总成悬置系统设计提供一种新的思路。