第31卷第2期
2014年4 月
计算力学学报
Chinese Journal of Computational Mechanics
Vol. 31 , No. 2
April 2014
文章编号：1007-4708(2014)02-0187-05
汽车动力总成悬置系统振动解耦计算方法研究
李志强" ， 陈树勋2， 韦齐峰1
(1.广西大学土木建筑工程学院，南宁530004;2.广西大学机械工程学院，南宁530004)
摘 要 ：目前，汽车发动机动力总成悬置系统设计的主要任务是选择悬置元件的刚度、位置和角度，使悬置系统自
由振动模态频率避开发动机怠速激励力频率与车身自振频率，并尽量提高各模态振型的解耦程度，从而提高悬置
系统隔振效果。悬置系统按预定频率严格解耦设计是使设计出的悬置系统模态频率完全等于按汽车设计频率规
划预定的频率，并使各模态的振型严格解耦，即各向振动能量的解耦度等于1。本文从悬置系统的自由振动方程
出发给出了对悬置系统按预定频率严格解耦设计的方程组，通过方程组构造函数进而求出该方程组的解，从而提
供比当前的悬置系统模态优化设计更为简便高效的优化设计方法。相应的算例验证了本文提出的按预定频率严
格解耦设计方程和求解方法的正确性。
关键词：发动机悬置系统；优化；谐振频率；预定频率；严格解耦
中图分类号：U464. 1;032 文献标志码：A doi:10. 7511/jslx201402008
汽车动力总成悬置系统是指动力总成与车架
或车身之间的弹性连接系统，包括汽车动力总成和
悬置元件，该系统设计的优劣直接影响汽车的乘座
舒适性 。在动力总成低频振动控制设计的计算中，
己有文献对发动机悬置做了大量研究[1’2]，但是到
目前为止，还没发现将悬置系统视为六自由度的情
况 下，振动完全解耦谐振频率为预定频率的理论方
程 。尽管用于解耦设计的方法有转矩轴理论和能
量分析法[3]，但 是在悬 置系 统优化过 程中，参数间
没有解析关系，只能依靠差分敏度确定优化迭代方
向，或者利用遗传算法，这对于悬置位置、角度与悬
置元件刚度都是设计变量的悬置问题，上述两种方
法都需要调用大量的函数计算次数，并且在收敛精
度方面不如解析敏度得到的高，再者设计参数之间
的解析关系的确定，可以帮助 人们发 现问题 的实
质 ，这是数值解难以做到的，从而对悬置系统参数
配置和改进缺乏预指导作用。研究悬置系统参数
间的显式关系，对隔振理论及好的优化方法的构造
都有着重要理论作用和迫切需要。
收稿日期：2012-11-07;修改稿收到日期：2013-03-04.
基金项目：国家自然科学基金（50965002);广西制造系统与先
进制造技术重点实验室（09-007-05S016)资助项目.
作者简介：李志强< (1972-),男，博士生
(E-mail： ynkmlzq2008@yahoo. com. cn).
本文建立了 6 个自由度悬置系统的模型，推导
了动力总成振动能量完全解耦与自然频率满足期
望频率的参数间的理论方程。以一轿车动力总成
悬置系统为研究对象，计算分析了动力总成参数的
确定方法，由此阐明了本文提出的公式对悬置系统
动力总成振动控制的指导作用，并阐述了动力总成
悬 置系统 中 悬置参 数（悬置 元件 的位置、刚度 、角
度和发动机悬 置姿态）优化设计^ 的 一般方法 。
通过对理论方程的研究，明确指出了实际发动机悬
置计算中能量不能完全解耦的原因，并给出了有效
的改进办法。算例验证了本文提出理论及方法的
有效性和实用性。
2 悬置系统自由振动方程与
能量解耦度
2 . 1 悬置系统的自由振动方程
由于悬置元件刚度远小于发动机与车身结构刚
度 ，通常将发动机动力总成视为空间刚体，只考虑其
6 个自由度的刚体位移[Mx ，％ ，M z ，，x , ，Y , i f ，各
悬置元件视为空间三向弹簧单元，车架视为刚性基
础 ，动力总成悬置系统的自由振动方程组为
K 免= 々M 中 ! = 1 ，2 ，… ，6) (1)
式 中 K 和 M 分别为悬置系统的刚度矩阵和质量
矩 阵，& = (2^f) 为各阶模态特征值，尤为各阶模
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