文档介绍：冷凝器振动破坏问题的结构动态特性分析 2006 LMS 首届用户大会论文集
汽车整车状态下动力总成刚体模态试验研究
翁建生
(南京航空航天大学车辆工程系南京 210016)

摘要:本文在建立汽车动力总成刚体动力学模型基础上,采用比利时LMS国际公司模态测试系和分析软件,
对某汽车整车状态下的动力总成进行试验模态分析。介绍了整车状态下的动力总成模态试验方法和大阻尼
结构模态分析和模态参数辨识方法。试验结果为进一步的理论分析及改进动力总成悬置结构设计提供了指
导。
关键词:动力总成、刚体模态、模态试验、模态识别
1. 引言
汽车发动机常用往复活塞式发动机,它是由周期爆发的燃气压力产生的活塞往复运动,
通过曲轴连杆机构转化为曲轴的旋转运动,对外输出功。由于发动机气缸做功的不连续性,
发动机运动部件的不平衡惯性力对发动机机体具有强烈的冲击和宽频带激励作用。同时,发
动机在工作工程中,由于实际工况和负荷的不断变化,反扭矩也在不断变化,从而对发动机
造成一个扭矩激励作用。在以上两种激励作用下,发动机会产生随转速变化的振动。这种宽
频带的振动与冲击无论对发动机的可靠性,还是对汽车的可靠性及乘坐舒适性都将造成极为
不利的影响。目前,随着汽车和发动机朝着高速、轻量化、大功率方向发展,其振动噪声问
题日趋严重。为了克服振动造成的各方面负面影响,人们采取了各种方法和途径来降低发动
机和整车的振动。汽车发动机工作中产生的不平衡力、力矩及路面不平度是引起汽车振动的
激振的主要激振源。为了减小发动机(动力总成)对整车振动和噪声的影响,一般是通过动
力总成悬置连接在车架上的产生隔振效果。理想的动力总成悬置元件应满足多方面的要求。
不但应该将发动机自身产生的振动与车架结构隔离,而且还必须对汽车在道路行驶中产生的
扰动有满意的响应特性。它必须在汽车突然加速、制动、转向等非稳态干扰时激发的低频扰
动范围内有较大的动刚度和阻尼,以便限制动力总成的过分弹跳和过大的位移。简单的说,
理想的发动机悬置元件应该在低频范围有较大的动刚度和阻尼,而在高频范围有较低的动刚
度[1]。对悬置系统进行合理的设计和分析来控制动力总成激励力对整车的影响是整车NVH系统
设计的重要组成部分。本文针对动力总成刚体模态试验与分析过程的一些工程实际问题进行
讨论和分析。

为了进行动力总成悬置系统的动力学分析,首先需要建立动力总成悬置系统的动力学
模型。动力总成悬置系统的固有频率一般在 5—30Hz 之间,这一频率远低于动力总成的一阶
弹性模态。因而在以悬置系统低频隔振分析为主要目标的处理过程中,可以将动力总成视为
刚体,橡胶悬置元件简化为三向正交的弹性阻尼元件,建立系统 6 自由度的自由振动和受迫
振动的动力学微分方程组。
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冷凝器振动破坏问题的结构动态特性分析 2006 LMS 首届用户大会论文集

图 1 汽车动力总成刚体动力学模型
图 1 表示动力总成处于静平衡位置。以动力总成质心G0为坐标原点,设定沿动力总成曲
轴方向并指向前方为X轴正方向,按照右手法则建立直角坐标系G0-xyz,如图所示。动力总成
的振动可分解为随同它的质心G0点沿x、y、z的三个平动,和绕质心G0点的转动。