從整車NVH性能談到底盤懸置系統

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跟很多非汽車行業的人談到懸置的時候，他們第一反應以為是懸架。就連在汽車行業內部，大家對Mount這個英文單詞熟悉的程度也要比懸置要高。而且關於懸置的部門歸屬問題，也有一些不同。有些OEM把懸置歸屬到底盤部門，也有些OEM把懸置歸屬到動力總成部門。足以見得懸置系統需要考慮的東西比較多。

要真正了解一個系統，需要追根溯源。所以今天想從整車NVH性能談起，跟大家交流一下懸置系統。

1.整車NVH性能

一輛汽車需要關注的性能有很多，總的來說可能有十幾種。雖然懸置系統需要關注的性能很多，包括NVH性能，操控性（VD），可靠耐久性等各方面，這裡想重點說一下NVH性能，因為這個是懸置系統存在的一個很重要的原因，也是懸置設計的時候需要考慮最多的。

關於NVH性能，很多人都已經很熟悉這裡面的N，V，H分別表示什麼，這裡只是簡單強調幾個關鍵點。

對於Noise，這裡主要是不期望的聲音。很多人喜歡全油門時排氣的聲音，那麼這個就應該不屬於噪音。另外想說明一下噪音的頻率範圍，一般是中高頻，20HZ~5000HZ。頻率在NVH性能中很重要，後面會提到。

對於Vibration，一般的頻率範圍是種中低頻，0.5HZ~500HZ。

對於Harshness，雖然在NVH中，但是平時設計中很少考慮到，主要原因在於這個一般是人體的主觀感受，很難用客觀數據來度量，可以簡單理解為聲振粗糙度，也可以理解為不平順性。

2.空氣聲和結構聲的概念

這個概念很重要，因為關乎到我們需要用什麼樣的方法去解決這個噪音問題。

【空氣聲】：是指源發出的聲音直接在空氣中傳播，到達接收者的位置；

【結構聲】：是指源激勵結構振動，通過結構振動傳遞到接收者附近，再向外輻射雜訊到達接收者的位置。

為了更形象的解釋這兩者的區別，我用下面一個簡單的示意圖：

空氣聲聲源主要有發動機、變速器輻射的雜訊，發動機附機輻射的雜訊，例如水泵、發電機、風扇等，進排氣雜訊，路噪和風噪等。空氣聲穿透車身隔吸聲材料到達車內，通過空洞和縫隙到達車內。

結構聲的主要源有動力系統、路面激勵懸架敲打車身，風噪激勵起結構局部振動。結構聲主要通過發動機懸置，與前壁板連接的管路、拉索，傳動軸，排氣系統吊耳等到達車內。如局部板結構被激勵起來後，會對車內輻射雜訊，會與聲腔模態耦合共振，空腔模態會與雜訊源的某些頻率共振。

所以，從這兩者的區別可以看出這兩個噪音的解決思路完全不一樣：

結構聲通過模態匹配進行控制；空氣聲通過聲學包和氣密性進行控制。

懸置不能解決很多問題，在需要懸置改進來解決問題，請先弄清楚噪音的來源到底是哪裡，若是空氣聲，那麼懸置系統是無能為力的。

3.整車振動傳遞路徑

在解決振動問題的領域，振動傳遞路徑的分析是必要的，很多NVH設備供應商都在傳遞路徑（TPA）這一塊開發了自己的功能塊，下面只是概述性的介紹一下整車振動的傳遞，已更好了解懸置系統的位置。

上圖是一個簡單的整車激勵源到接受者的一個傳遞。

對於激勵源來說，最主要的就是有兩個，一個是動力總成的激勵，一個是來自路面的激勵。另外就包括一些其他零部件帶來的激勵，比如，輪胎的不平衡，冷卻風扇，空調壓縮機等。

對於傳遞路徑，整車基本所有零件都在傳遞，但是我們需要挑選出貢獻量比較大的，後面對底盤的傳遞路徑會做個簡單介紹。

對於接受者，這裡更物理化一點，分別是座椅，方向盤，車內噪音，以及後視鏡的抖動，分別涉及到乘客或駕駛員的觸覺，視覺，聽覺。

接受者的感知

我們一直被教育，要從客戶角度來做開發設計，所以這裡首先看看接受者，也就是駕駛員/乘客的特質。

關於人體對振動的感知程度，在GBT 《汽車平順性試驗方法》 4970-2009中有比較清楚的定義。下面只是對幾個主要的方面作一個示意。

我們依然需要重點關注頻率，即人體對頻率最敏感的範圍。這裡主要提兩個方向，一個是垂直方向，是4-8HZ的頻率範圍，這個應該是人體胃部的固有頻率範圍。另一個是水平方向，頻率範圍為0.5-2HZ。

其次需要關注的就是振動加速度，這個是可以通過設備測試出來的客觀數據，所以也經常被當作從VTS打散出來的SSTS或者CTS的目標。

對人體在車裡的坐姿進行分析，會發現人體與車接觸可以粗略的分為4個點，分別是座椅後背，座椅底部，方向盤，駕駛艙地板。而最敏感的兩個點是方向盤和座椅。所以我們經常測試的數據就是方向盤的抖動和座椅導軌的抖動。

關於方向，主要是三個軸線方向和繞軸線轉動的6個方向，而乘客最敏感，也就是我們最需要關注的應該是上下（bounce）和俯仰（pitch）方向。

底盤振動傳遞路徑

分析完接受者之後，我們接著看一看傳遞路徑的情況，這裡簡單列舉了一下底盤振動的傳遞路徑。

上面的傳遞路徑分別從動力總成和路面激勵兩個出發點進行了分析，紅色標出的是有隔振元件的零件，其中懸置系統（Powertrain Mount）就處在從動力總成到車身的關鍵位置，所以在怠速的時候，主要的隔振就是懸置系統在起作用。

這裡分別用藍色和黃色標出了兩個路徑，藍色我想說明動力總成的隔振，而黃色我想說明從路面傳遞到動力總成的激勵。

因此懸置系統的作用很主要的兩個，一個是隔離動力總成到車身的振動，另外一個就是衰減路面到動力總成的激勵。

上圖是底盤在振動傳遞的各個路徑上的隔振元件，主要就是包括懸置系統，進排氣吊耳，底盤襯套等。

這裡也可以簡單給懸置系統下一個定義：連接動力總成與車身或副車架的彈性金屬元件。屬於NVH和VD的調試零件。

因此從NVH出發談到懸置系統來看，懸置系統在整車中，無論是動力總成隔振還是路面激勵隔振都起著非常大的作用。

4.隔振理論

之前談到懸置主要用於NVH隔振，那麼我們需要看一下隔振的基本理論，在這個基礎上才能更好的對懸置系統進行設計。

隔振理論大家都已經非常熟悉，這裡只主要說兩點，一個是隔振目標，另一個是隔振曲線。

我們經常談到隔振，都知道是隔離振動，那麼在數學表示上是什麼呢？其實就是傳遞函數越小越好，即激勵力經過隔振系統傳遞到隔振端的力越小越好。

基於傳遞函數的公式，就畫出了一個隔振曲線。這個曲線非常重要，是隔振的核心基礎。我們把傳遞函數大於1的區域叫做共振區，把傳遞函數小於1的區域叫隔振區。

從曲線可以看到，當激勵頻率大於固有頻率√2倍的時候，此時系統處於隔振區。當激勵頻率小於固有頻率√2倍的時候，處於共振區，而且當兩個頻率一樣的時候，共振幅值達到最大。

這個曲線得出了懸置系統設計的基本原則：

當系統處於隔振區時，阻尼越小，隔振效果越好；

當系統處於共振區時，阻尼越大，隔振效果越好。

5.懸置系統模態設計

在有了前面隔振原理的基礎之後，我們需要判斷整車的一些激勵的頻率範圍，這樣才能設計懸置系統的模態範圍。

上圖列舉了傳統燃油車各種激勵的頻率範圍，之前也提到在怠速時，是最需要懸置起隔振作用的時候。而怠速抖動（這裡指傳統燃油車）的頻率範圍在20HZ左右，這個主要取決於發動機的怠速轉速。

而懸置系統起作用的區域我用紅色虛線標出，至於為什麼會到600多HZ，這裡主要是考慮到了懸置支架的設計（懸置支架一階模態一般大於600HZ）引起的一些共振問題。

因此，結合之前談到的人體對振動的感知和整車的各個系統以及激勵的頻率範圍來看，懸置系統的模態要高於人體的模態敏感區（4-8HZ），同時要小於怠速抖動的激勵頻率的1/1.414，所以懸置理論的模態區間就處於9~13HZ之間。

這就是為什麼一般懸置系統的6自由度解耦模態，其中兩個比較重要的方向：上下（Bounce）和俯仰（Pitch）的模態範圍一般定義在9-13HZ的範圍的原因。

6.結語

本次主要從整車NVH的角度出發，從根源談到的懸置系統的隔振。這裡面激勵主要還是從傳統的燃油車考慮。這次只是一個簡單的開頭，對懸置系統設計的模態控制進行了介紹。上面的主要內容只是從我自己的角度對懸置系統的理解。在以後，會進一步就懸置系統的詳細東西和大家進行交流。當然也會就電動車的懸置系統特點和大家交流。