动力总成悬置系统的解耦计算方法

动力总成悬置系统解耦计算方动力总成悬置系统解耦计算方法及模态匹配原则法及模态匹配原则京博锐志专题培训（三）目录1悬置系统分析模型2扭矩轴及弹性轴理论2扭矩轴及弹性轴理论3能量解耦法3能量解耦法4基于TRA坐标系的解耦计算方法4基于TRA坐标系的解耦计算方法5悬置系统的模态匹配原则5悬置系统的模态匹配原则6悬置系统的稳健性分析6悬置系统的稳健性分析一、悬置系统分析模型悬置分析模型‰动力总成简化为刚体，车身作为地面对待；‰动力总成简化为刚体，车身作为地面对待；‰悬置简化为具有三向刚度的弹簧；‰将动力总成悬置系统模拟为六自由度刚体系统；)}({}]{[}]{[}]{[tFQKQCQM=++&&&一、悬置系统分析模型质量矩阵)}({}]{[}]{[}]{[tFQKQCQM=++&&&注：动力总成的转动惯量相对于质心位置一、悬置系统分析模型刚度矩阵)}({}]{[}]{[}]{[tFQKQCQM=++&&&n]E][][[][][E[K]i1iiviiTviTTkT∑==⎤⎡γβαcoscoscos⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=viviviuiuiuiviTβγβαγβαcoscoscoscoscoscos][⎥⎦⎢⎣wiwiwiγβαcoscoscos⎤⎡−0001iiyz⎥⎤⎢⎡uik⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡−−=01000010][iiiiiiixyxzyE⎥⎥⎥⎦⎢⎢⎢⎣=wiviikkk][⎥⎦⎢⎣0100iixy⎦⎣wi一、悬置系统分析模型固有频率求解)}({}]{[}]{[}]{[tFQKQCQM++&&&)}({}]{[}]{[}]{[tFQKQCQM=++固有频率：[][]()0det2=−MKω振型向量：()[][](){}{}6,,1,02L==−rMKrrφω目录悬置系统分析模型12扭矩轴及弹性轴理论2扭矩轴及弹性轴理论3能量解耦法3能量解耦法4基于TRA坐标系的解耦计算方法4基于TRA坐标系的解耦计算方法5悬置系统的模态匹配原则5悬置系统的模态匹配原则6悬置系统的稳健性分析6悬置系统的稳健性分析二、能量解耦法空间弹性支撑的刚体仅沿某一自由度振动而和其它自由度解耦时，其振动能量只集中于该自由度上。现刚体多自由度振动耦合，当悬置系统作j阶主振动时，其最大动能为：2}]{[}{2)(maxjjTjjMTωφφ=假定系统的全部动能只分配于这六个广义坐标上。这样在第k个广义坐标上分配到的动能为：2}]{[}{maxjjφφ在第个广义坐标上的能量分布为ljlklkjjkmT)()(2612φφω∑==在第k个广义坐标上的能量分布为：%100)(×=jkkjTTDIP)(maxjT二、能量解耦法能量解耦法存在的问题我们希望动力总成悬置系统在整车坐标系下是完全解耦的，即沿三个移动和三个转动自由度的能量是100%。但这种情况下是否有理论解？如果上面有解，那么振型矩阵须满足[][][]][EMTφφ如果质量真不是对角阵上式[][][]][EMrTr=φφ是不成立的。所以在上式计算中存在问题所以在上式计算中存在问题有时能量会出现很小的负值。二、能量解耦法能量解耦法存在的问题通过能量解耦法能够计算出悬置系统的耦合状态。通过能量解耦法能够计算出悬置系统的耦合状态计算得到的能量矩阵的例子：目录悬置系统分析模型1扭矩轴及弹性轴理论23扭矩轴及弹性轴理论2能量解耦法3能量解耦法4基于TRA坐标系的解耦计算方法4基于TRA坐标系的解耦计算方法5悬置系统的模态匹配原则5悬置系统的模态匹配原则6悬置系统的稳健性分析6悬置系统的稳健性分析三、扭矩轴及弹性轴理论TRA（Torque Roll Axis)发动机的曲轴和主惯性轴线不重合发动机绕主惯性轴旋转时需要发动机的曲轴和主惯性轴线不重合。发动机绕主惯性轴旋转时需要的扭矩最小，发动机的扭矩输出是绕着曲轴的，这是会出现什么现象？发动机处于高速运行时发动机的动态激励很大悬置的位移很小发动机处于高速运行时，发动机的动态激励很大，悬置的位移很小，悬置的约束力也很小，这是发动机近似绕着TRA振动。动力总成悬置系统高频下绕TRA振动动力总成悬置系统高频下绕TRA振动。TRA通过质心！三、扭矩轴及弹性轴理论TRA（Torque Roll Axis)计算方法如下：计算方法如下：}{][1TIqTRA−=TRA的方向为惯量2矩阵的逆乘曲轴的方向向量。三、扭矩轴及弹性轴理论TRA（Torque Roll Axis)对悬置系统的布置非常重要在悬置布置时要参考TRA对发动机横置和纵置的悬置系统都至关在悬置布置时要参考TRA，对发动机横置和纵置的悬置系统都至关重要，通过TRA确定悬置的位置和角度。悬置的布置位置比刚度重要悬置的布置位置比刚度重要。三、扭矩轴及弹性轴理论ERA（Elastic Roll Axis)ERA动力总成悬置系统在扭矩作用下动力总成的旋转中心在ERA上ERA动力总成悬置系统在扭矩作用下动力总成的旋转中心。在ERA上动力总成的位移为零。动力总成悬置系统低频下近似绕TRA振动动力总成悬置系统低频下近似绕TRA振动。ERA与动力总成的惯性数据无关。ERA由悬置刚度和位置决定ERA由悬置刚度和位置决定。ERA不一定通过动力总成质心。三、扭矩轴及弹性轴理论ERA（Elastic Roll Axis)与ERA关系ERA与TRA重合有如下特点；ERA与TRA重合有如下特点；„悬置系统解耦。„降低悬置高频力的传递„降低悬置高频力的传递„整个频率范围内悬置系统都绕同跟轴振动同一跟轴振动。通过两根轴线可以很容易解耦。如果两者不重合悬置系统耦合。三、扭矩轴及弹性轴理论ERA（Elastic Roll Axis)与ERA关系当悬置系统解耦时，TRA与ERA重合。当悬置系统解耦时TRA与ERA重合目录悬置系统分析模型1扭矩轴及弹性轴理论2扭矩轴及弹性轴理论2能量解耦法34能量解耦法3基于TRA坐标系的解耦计算方法4基于TRA坐标系的解耦计算方法5悬置系统的模态匹配原则5悬置系统的模态匹配原则6悬置系统的稳健性分析6悬置系统的稳健性分析四、基于TRA坐标系的解耦计算方法定义TRA坐标系，且TRA坐标系的每个方向都是系统的模态向量NoNameVehicleAxisSystemTorque Roll axissystemФ1For/aftTranslationalong vehicle x axisTranslationalong vehicle x axisФ2lateralTranslationalongvehicleyaxisTranslationalongvehicleyaxisФ2lateralTranslationalong vehicle y axisTranslationalong vehicle y axisФ3bounceTranslationalong vehicle z axisTranslationalong vehicle z axisФ4rollRotationabout vehicle x axisRotationabout TRAФ5pitchRotationabout vehicle y axisRotationabout axis defined as Yaxis projection of engine y axisontothe2Dsubspaceaxis onto the 2D subspace orthogonal to above four axisФ6yawRotationabout vehicle zaxisRotationabout axis defined the 1Dsbspaceorthogonalto1D subspace orthogonal to above five axis四、基于TRA坐标系的解耦计算方法定义TRA坐标系，且TRA坐标系的每个方向都是系统的模态向量NoNameTorque Roll axissystemФ1For/aftTranslationalong vehicle x axisllllhlФ2lateralTranslationalong vehicle y axisФ3bounceTranslationalong vehicle z axisllbФ4rollRotationabout TRAФ5pitchRotationabout axis defined as Yaxis projection of engine y axis pjgyonto the 2D subspace orthogonal to above four axisФ6yawRotationabout axis defined the 1D subspace orthogonal to above five axis四、基于TRA坐标系的解耦计算方法定义TRA坐标系中的能量解耦法如下：∧ΦΦΨMTΦΦ=ΨMTΨ•Ψ=100E该计算方法要比能量解耦法科学目录悬置系统分析模型1扭矩轴及弹性轴理论2扭矩轴及弹性轴理论2能量解耦法3能量解耦法3基于TRA坐标系的解耦计算方法45基于TRA坐标系的解耦计算方法4悬置系统的模态匹配原则5悬置系统的模态匹配原则6悬置系统的稳健性分析6悬置系统的稳健性分析五、悬置系统的模态匹配原则定义TRA坐标系中的能量解耦法如下：方向频率要求(GM）其它垂直9‐118.5‐11高于悬架跳动侧向7‐1512‐18High For  handling前后7‐13俯仰8‐18侧倾（engine）8‐127‐9避开半阶，tip‐ine）橫摆8‐17五、悬置系统的模态匹配原则‡合理的分配固有振动频率悬置系统的各阶固有频率分布在5—20Hz；悬置系统的各阶固有频率分布在520Hz；各阶固有频率不要重合；垂向避开人体最敏感的频率4～7Hz;垂向避开人体最敏感的频率4～7Hz;绕曲轴转动的频率小于怠速率的1/1.5。振幅(±1.0mm)动力总成刚体模态配置振幅(±1.0mm)动力总成刚体模态配置模态频率范围%解耦率区间上下8-1190%1Hz与其它频率侧向7-1570%前后5-1385%俯仰(EngineRoll)7-1285%1Hz与其它频率纵倾(Eiih)8-1885%(Enginepitch)横摆8-1770%目录悬置系统分析模型1扭矩轴及弹性轴理论2扭矩轴及弹性轴理论2能量解耦法3能量解耦法3基于TRA坐标系的解耦计算方法4基于TRA坐标系的解耦计算方法4悬置系统的模态匹配原则56悬置系统的模态匹配原则5悬置系统的稳健性分析6悬置系统的稳健性分析六、悬置系统的稳健性悬置系统稳健性分析悬置的刚度存在偏差，通常±15%的变差，较好的情况下±10%左右；悬置的刚度存在偏差，通常±15%的变差，较好的情况下±10%左右；位置存在变差，悬置的弹性中心的选取也存在偏差；安装角度变差等；安装角度变等；计算过程中只保证了中值最优，稳健性没有考虑；上述变动导致了悬置系统的解耦性存在较大变差；悬置位置对解耦的影响悬置刚度对解耦的影响六、悬置系统的稳健性悬置系统稳健性分析悬置刚度，位置、角度等服从正态分布；悬置刚度，位置、角度等服从正态分布；例如：σ正态分布，变量的变化区间为[a，b]，样本的正态分布的均值为(a+b)/2，方差σ为(b‐a)/2，样本落在区间[a，b]内的概率为68.27%。3σ正态分布：变量的变化区间为[a，b]，样本的正态分布的均值为(a+b)/2，方差σ为(b‐a)/6，样本落在区间的概率为99.73%TRA与ERA重合，此时悬置系统稳健性很好。悬置系统的分析方法概述‡悬置系统稳健性分析悬置刚度变差；悬置刚度变差；悬置位置与安装角度变差；28悬置系统的分析方法概述举例：动力总成右悬置后悬置29左悬置后悬置悬置系统的分析方法概述举例：悬置X刚度(N/mm）Y刚度(N/mmZ刚度(N/mm悬置X刚度(N/mm）Y刚度(N/mmZ刚度(N/mm左悬置269.6115.7295右悬置173.2126.4298.1后悬置224.1101030悬置系统的分