動力總成是汽車NVH問題的源之一，它的性能直接影響著整車的NVH水平，因此，合理地設(shè)計動力總成及懸置系統(tǒng)至關(guān)重要。理想的發(fā)動機懸置系統(tǒng)應(yīng)該在低頻范圍有較大的動剛度和阻尼，而在高頻范圍有較低的動剛度。通常為了驗證動力總成懸置設(shè)計是否合理（6個剛體模態(tài)的解耦率），需要做動力總成剛體模態(tài)。另一方面，通過剛體模態(tài)也可以進一步獲得動力總成的剛體特性參數(shù)。

1試驗方法
動力總成的坐標定義：x方向為發(fā)動機變速箱連線方向；y方向為水平垂直于連線方向；z方向為垂向。由于動力總成具有不同的布置方式，因此，動力總成的坐標系統(tǒng)可能與整車坐標系統(tǒng)不相同。動力總成六個剛體模態(tài)與對應(yīng)的英文描述如表1所示。

表1 動力總成六個剛體模態(tài)描述



對于整車狀態(tài)下的動力總成剛體模態(tài)測試，需注意以下幾個方面：

1.激勵方式選擇：可以選擇力錘或激振器。如果選擇力錘，那么將涉及到錘頭和力錘型號選擇，由于動力總成剛體模態(tài)的頻率范圍集中位于5~30Hz之間，而在整車狀態(tài)下能夠錘擊的地方多半是變速箱底部的一個角點的三個方向，如圖1所示的三個藍色短箭頭表示的位置，此點的剛度較大，因此，要求選擇錘頭時，應(yīng)選擇最軟的錘頭，以便在低頻段提供理想的相干系數(shù)。另外，選擇力錘型號時應(yīng)為中型力錘，如PCB 086D05，INV MSC-3，如果力錘過小不足以激起這六個剛體模態(tài)。如果低頻相干不理想，還可以錘擊位置處粘一塊橡膠墊，以進一步提高錘擊作用時間，改善低頻特性。如果選擇激振器激勵，需要對結(jié)構(gòu)進行傾角激勵，為了完全得到這六個剛體模態(tài)，需要兩個激振器同時進行傾角激勵。另外進行傾角激勵時，無須將激勵力分解到三個方向的分量，因為即使分解后，也不能得到三個線性無關(guān)的激勵力。由于安裝與設(shè)置激振器較復雜，因此，從效率上講，力錘激勵更方便，經(jīng)濟。

2.傳感器選擇：由于需要測量六個剛體模態(tài)，所以要用到三向加速度計。且要求加速度計的靈敏度要高。另外質(zhì)量要輕，易于安裝，因此宜選用六面體型的三向加速度計?？捎眯吞?，如PCB 型號為356A16，356A32等加速度計，安裝可采用膠粘方式。

3.確定測量自由度：由于動力總成形狀不規(guī)則，因此用于表征振型動畫的幾何模型只能是它的大致形狀。在動力總成結(jié)構(gòu)上可布置16個測點，每個測點測量三個自由度，故總測量自由度為48個。當然也可以用更多的測點，但從測量效率和測量要求來講，此測點布置方案已滿足要求。測點布置如圖1所示，如圖中的黑色圓形和方形實心點表示（兩種形狀表示分兩批測試），圖中顯示的總共13個點，其中3個點位于對應(yīng)的背面，圖中看不到。



圖1 測點布置與測量順序示意圖(原始圖片來自網(wǎng)絡(luò))

4.測量順序：總共16個測點，48個測量自由度，因此可能需要分兩批次進行測量。第一批次的測點為圖1中的圓形實心點，第二次批次為方形實心點。從測量效率和布線方便性考慮，在移動加速度計時可按圖1中白色箭頭方向平行移動加速度計。這樣測量的原因是，即使只有第一組的數(shù)據(jù)，也能大致得到這六階剛體模態(tài)，因為已經(jīng)測量了最外側(cè)8個角點的數(shù)據(jù)。

5.采樣頻率：由于動力總成的剛體模態(tài)位于5~30Hz內(nèi)，因此響應(yīng)信號的采樣頻率可設(shè)為60Hz，此時能得到較高的頻率分辨率。當然不同的采集儀可能采樣頻率檔位不同，但可就近選擇一檔。

6.提供無泄漏的測量。信號如果不滿足FFT變換要求，那么就會存在泄漏，為了減少泄漏就需要加窗函數(shù)。因此，不管是錘擊法還是激振器測試，都應(yīng)該盡量提供無泄漏的測量：滿足FFT變換的周期性要求。對于錘擊法而言，要保證在采樣結(jié)束前信號完全衰減；對于激振器而言，要保證使用的激勵信號避免加窗。

7.需要布置額外的測點。前面所講的測點布置僅僅是動力總成結(jié)構(gòu)上的測點布置，但是對動力總成結(jié)構(gòu)進行激勵后，從得到的FRF中明顯可以看出，在0~第一階剛體模態(tài)頻率之間還有很多共振峰，在振型動畫中表現(xiàn)出來的也是平動和轉(zhuǎn)動，與動力總成的剛體模態(tài)振型相同，這些導致難于識別想要的剛體模態(tài)。但這些共振峰不是動力總成的剛體模態(tài)，而是其他的頻率，如整車剛體模態(tài)。此時，為了將動力總成的剛體模態(tài)和整車的剛體模態(tài)區(qū)別開來，需要在整車上其他位置布置測點。此時，可以在附近支承的車架上、輪胎轱轆上和外側(cè)車身上分別布置三向加速度計。對比這些點的FRF和動力總成的FRF，以區(qū)分哪些頻率是動力總成的剛體模態(tài)頻率，哪些是整車的剛體模態(tài)頻率。

2結(jié)果分析
在分析時發(fā)現(xiàn)：在0~第一階剛體模態(tài)頻率之間還有很多共振峰，振型動畫表現(xiàn)出來的也是平動和轉(zhuǎn)動，與動力總成的剛體模態(tài)振型相同。出現(xiàn)這樣的原因是，只關(guān)心動力總成這一部分結(jié)構(gòu)，也只測量了這一部分的響應(yīng)，而沒有測量系統(tǒng)的其他組成部件。大多數(shù)這樣測試的結(jié)果可能不可靠，在系統(tǒng)不同組件之間或者不同部位之間，經(jīng)常存在顯著的動力耦合，不可能只測試關(guān)心的那部分結(jié)構(gòu)就總能滿足要求。如果實驗模態(tài)測試只采集結(jié)構(gòu)關(guān)心部分的數(shù)據(jù)，那么得出的模態(tài)振型會讓人感到迷惑，因為整個結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型是未知的。這如同把結(jié)構(gòu)的其他部分遮蓋起來，只能看到關(guān)心的那部分一樣，這樣會使人相當迷惑，不確定到底看到了什么（如同盲人摸象）。很多時候，對這類測試的結(jié)論是：系統(tǒng)出現(xiàn)多階相同的模態(tài)振型。顯然這是完全不可能的！系統(tǒng)不可能存在相同的模態(tài)。但是從限制條件看，只測試結(jié)構(gòu)的一部分，確實出現(xiàn)了好像兩階相似的模態(tài)，就像本例中出現(xiàn)了兩個相同的剛體模態(tài)一樣。因此，在測量系統(tǒng)的一部分結(jié)構(gòu)時，應(yīng)同時測量系統(tǒng)其他部分結(jié)構(gòu)，當然可以是少數(shù)幾個測點，這時從FRF中就可以區(qū)別哪些頻率是系統(tǒng)的或者其他部件的，哪些頻率是你需要測量的那部分結(jié)構(gòu)的頻率。對某次動力總成剛體模態(tài)試驗進行分析，得到的模態(tài)振型三視圖如2~7所示。



圖2 x方向平動


圖3 y方向平動



圖4 Z方向平動



圖5 繞x方向的轉(zhuǎn)動



圖6 繞y方向的轉(zhuǎn)動



圖7 繞z方向的轉(zhuǎn)動