0前言
NVH 性能是整车性能的重要影响因素之一。随着生活水平的提高，人们对汽车的要求越来越高，对NVH 性能也越来越重视。动力总成的振动占汽车振动的很大部分，它的振动通过悬置橡胶及悬置支架连接到车身，因此悬置支架的性能好坏对NVH 性能有着重要的影响。对悬置支架NVH 特性影响比较大的是动刚度，动刚度是衡量物体抵御动载荷作用变形的能力。动刚度不足，汽车行驶过程中，悬置支架易受到与其固有频率接近的动载荷的作用，从而引起结构共振，造成一系列的疲劳损坏及NVH 问题。
汽车的轻量化有助于减少油耗和降低排量，对减少能源的消耗和减轻环境污染都有重要的作用。因此，汽车轻量化是汽车的发展方向之一。
在早期设计时对悬置支架进行动刚度分析校核，及早地发现问题，并提出改进方案是十分必要的，同时在保证悬置支架基本性能的前提下，对悬置支架进行轻量化设计，也具有积极的降成本及减重意义。有限元法是
进行悬置支架动刚度分析的常见方法，有限元法作为工程领域中最常见的数值分析方法，其基本思想
是将连续体或结构划分为若干有限大小的元素，把连续待解区域离散化并且按照一定的方式结合在一起形成平衡方程，在划分完之后的求解区可以继续划分，然后再加上边界条件进行求解。
1动刚度的相关概念
为了方便说明，以带阻尼的单自由度系统为例，多自由度系统原理与此一致，只是自由度较单自由度更多。单自由度阻尼系统模型表达式如下：
mx ··＋cx
·＋kx ＝f （1）
其中，施加在质量上的激励力f ＝Fe j ωt ，系统固有频率为ωn ＝k/m 姨，系统阻尼为c cr ＝2ωn m ，定义临界阻尼为ξ＝c c cr
。
在实际工程中，大多数情况出现欠阻尼系统，即0<ξ＜1。求解方程得到系统的自由振动位移响应为：
上海通用五菱【作者简介】韩启明，女，广西柳州人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司知识产权工程师，从
事知识产权和项目、科技成果管理工作；白珏，男，广西柳州人，本科，广西艾盛创制科技有限公司NVH 分析工程师，从事NVH 分析、开发相关工作；李卉，女，广西桂林人，本科，上汽通用五菱汽车股份有限公司知识产权工程师，从事成果管理工作。
动力悬置支架动刚度分析及轻量化方法研究
韩启明1，白
珏2，李
卉1
（1．上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007；2．广西艾盛创制科技有限公司，广西柳州545001）
【摘要】文章对动力总成悬置支架动刚度分析的方法进行了研究。首先，分析了悬置支架
动刚度对悬置系统NVH 性能的影响：悬置支架动刚度过小，会影响悬置系统的隔振效果，还会引起局部共振，从而使得整个系统的NVH 性能变差。其次，通过有限元软件建立动力悬置支架有限元模型，并对模型进行动刚度的分析，证明原悬置支架方案满足动刚度设计要求。最后，提出了悬置支架轻量
化的思路及其方案。该方案不但动刚度满足要求，而且实现了一定程度的轻量化，既能保证NVH 性能又能对减轻整车重量及降低成本做出贡献，具有很好的经济意义和实用价值。【关键词】悬置支架；动刚度；有限元法；NVH ；汽车轻量化【中图分类号】U463.33【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）04-0056-03
x＝X0e j（ωt-φ）（2）其中，X0为系统的初始位移值。
对x进行一阶、二阶求导得到对应的速度、加速度响应依次为
节温器x·＝jωX0e j（ωt-φ）＝jωx（3）x··＝-ω2X0e j（ωt-φ）＝-ω2x＝jωx·（4）机械阻抗为振动系统中激励力与响应的比值，一般用Z来表示。阻抗反映的是振动系统在外部激励力下发生振动的困难程度，机械阻抗越大表示相同的外部激励力引起该系统振动越困难。常见的阻抗有位移阻抗Z X，速度阻抗Z V，加速度阻抗Z A。
将位移和力表达式带入公式（1），得到速度阻抗为
Z X＝f x＝（k－mω2）＋jcω（5）对上式取绝对值，得到速度阻抗的幅值为
|Z X|＝（k－mω2）2＋（cω）2
√（6）将速度和力表达式带入式（1），得到速度阻抗为
Z V＝f x
·＝（k－mω2）＋jcω
jω（7）
对上式取绝对值，得到速度阻抗的幅值为|Z V|＝1ω（k－mω2）2＋（cω）2
√
同理得到加速度阻抗及其幅值分别为
Z A＝f x
··＝（k－mω2）＋jcω
－ω2
（8）
|Z A|＝1ω2（k－mω2）2＋（cω）2
√（9）机械导纳振动系统中响应与激励力的比值，即机械阻抗的倒数，一般用Y来表示。导纳反映的是振动系统在外部激励力下发生振动的容易程度，机械阻抗越大表示相同的外部激励力引起该系统振动越容易。常见的阻抗有位移导纳Y X，速度导纳Y V，加速度导纳Y A。其中，速度导纳与速度阻抗的关系为
|Y V|＝1/|Z V|（10）将公式（2）、公式（3）、公式（4）中位移、速度及加速度表达式一齐代入公式（1）中得到系统刚度为：k d＝f x＝（k－mω2）＋jcω（11）可以看出，该刚度会随着外部激励频率而发生变化，这个刚度即为系统的动刚度。从公式的比较可以得出动刚度与阻抗的表达式一致，因此系统的位移阻抗即为该系统的动刚度。
2悬置系统隔振
良好的悬置系统能对发动机传出来的振动进行有效的隔离，不好的悬置系统则有可能出现局部隔振现象，不但起不到隔振的目的，而且会出现一系列的NVH问题。而悬置系统的隔振性能跟它的整体刚度具有密切的关系。悬置系统由主动侧支架、悬置橡胶及被动侧支架组成，它们的连接是串联的关系，该系统的整体刚度可以由下式表示：
1
K＝
1
K m＋
1
K r＋
1
K p（12）式中，K m为主动侧支架刚度；K r为橡胶刚度；K p为被动侧支架刚度。
悬置系统隔振的理想情况是系统刚度完全由悬置橡胶刚度确定，但从上式可以看出，当支架刚度不够时，影响这一效果。举例来说，某悬置的悬置橡胶的刚度为K r＝200N/mm，而主、被动侧支架刚度均为400 N/mm，则系统整体刚度仅为100N/mm，比橡胶刚度小了一半，无法达到设计预期；如果K m及K p→∞时，K＝K r。整体刚度完全由橡胶刚度决定，这是非常理想的状况，实际情况是达不到的。一般要求K m≥10K r，K p≥10K r，则K≈K r。此时，悬置支架能够满足悬置系统隔振的设计要求。
3悬置支架模型建立及动刚度分析
悬置支架包括主板、底板及加强板。悬置支架通过3颗螺栓把主板跟动力总成侧连接，而底板通过橡胶与车身侧相连。加强板焊接在主板上起到提高支架动刚度的作用。建模中，一般把接发动机侧固定，接橡胶侧添加集中质量。在底板螺栓孔处把悬置支架123456方向的自由度全部约束。而在底板附近的橡胶弹性中心点处施加集中质量，同对该点在1～500Hz范围内分别施加X、Y、Z向（参考整车坐标系）上的单位力激励，并测量该点的速度响应，激励点与响应测量点为同一个点（如图1所示）。
一般要求在加载激励频率范围内动刚度大于1000N/mm 。在hyperwork 中，把速度曲线的纵坐标转化为dB20的形式，并绘制出动刚度1000的标准线，同样纵坐标转化为dB20的形式。从前文介绍的速度导纳与动刚度的关系可以知道，对应速度导纳曲线可以表示该方向的动刚度。通过速度导纳曲线同动刚度1000去曲线的对比，若导纳曲线与动刚度1000有交叉或者在其之上则说明动刚度不满足要求；反之，则满足要求。如图2所示，图中各方向的速度导纳曲线都未超出动刚度1000曲线，说明悬置在考察频率段的动刚度满足要求，可以在此基础上进一步需求轻量化方案。
4悬置支架的轻量化
4.1悬置支架轻量化方法
在保证悬置支架动刚度的前提下，悬置支架常见轻量化方法有3种。
倒车雷达和倒车影像（1）减薄结构的厚度。减薄厚度可以节约成本和减轻重量，但是也会降低其动刚度和强度，因此是有一点限度的。
（2）直接改变材料，选用密度低的材料。例如，把支架材料由铁变为铸铝，可以大大减轻重量，但是制造成本会随之增加。
（3）在对强度及动刚度影响不大的局部，可以添加减重孔，这样不但能起到减重的作用，而且动刚度下降不大。
4.2动刚度优化方案
在结构变化不大的前提下，可考虑上面的“（1）”
“（3）”方法实现悬置支架的轻量化。首先，可以适当减薄主板和加强板的厚度；其次，可以计算悬置支架的模态，通过模态振型到一阶振动较大的地方，并在此处添加减重孔（如图2所示）。因为以上2种方法会不同程度地影响悬置支架动刚度，所以减薄程度的多少及减重大小需要最后计算并通过动刚度来验证。经过验证，确定主板厚度为5mm ，加强板厚度为4.5mm ，减重方案结构如图3所示。减重方案的悬置动刚度如图4所示，可见减重方案完全满足动刚度要求。减重前后质量对比见表1。
5结论
本文对悬置支架动刚度的分析方法进行了总结介绍，
提出了悬置支架轻量化的一般思路，经过实际方案的对比分析，证明方法实用有效
。
图1
悬置支架有限元模
型
图2
悬置支架动刚度分析结
果
图3奥迪车q7
悬置支架减重方案结构
（下转第62页）
图4
悬置支架减重方案动刚度分析结果
原方案质量
（kg ）减重方案质量
（kg ）减重百分比
（%）1.33
标致4061.17
12.03
表1
悬置支架减重前后质量对比
参考文献
［1］周安勇，侯蕾，刘旌扬车身悬置支架的动刚度分析［J ］
汽车技术，2013（6）：16-19
［2］许林车身悬置支架的动刚度分析［J ］农机使用与维修，
2011（3）：25-26［3］廖毅，吕兆平
基于悬置支架动刚度分析的整车NVH
性能分析及改进［J ］企业科技与发展，2012（10）：18-
21
［4］胡泊洋基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计［D ］
保定：河北农业大学，2015［5］
庞剑
汽车车身噪声与振动控制［M ］北京：
机械出版
社，2015
［责任编辑：钟声贤］
图6
后扰流板漏水率
的空气阻力，因此在以后的车型中应尽量减少卡扣的使用，改为使用强度高的螺栓，既可以提高安装强度，又可以避免漏水问题的发生。②在开发过程中，应充分分析零件工艺结构的合理性。模具结构的合理性包括最佳的浇口数量、浇口位置及尺寸，合理的流道系统与冷却系统等。通过模拟塑料在型腔内的流动情况，分析熔体充填过程中的温度变化情况、流速分布、制件的冷却情况、压力分布情况，分析整个零件的翘曲变形位置及翘曲变形量，分析产生翘曲变形的主要原因，并制定相应的改进措施，
从而减少塑件废品率，提高产品质量，使零部件的设计更加合理，达到优化设计的效果。③引起后扰流板漏水的原因有很多，在分析过程中我们应该针对问题出所有可能的原因，将出的各要素进行归类、整理，再一一确认，最后
出问题的主要原因。参考文献
［1］刘廷福浅谈注塑成型后扰流板的设计与应用［J ］企业
科技与发展，2015（3）：24-26［2］王东峰，陈泽中，刘会，等
厦门汽车基于Moldflow 的汽车扰
流板模流分析及翘曲优化［J ］塑料工业，2014（9）：42-
45
［3］王洪亮，刘心，何艳波，等
汽车后扰流板对两厢车行
驶稳定性影响［J ］科技传播，2015（21）：114-115
［责任编辑：陈泽琦］
（上接第58页）