汽車動力總成懸置系統(tǒng)隔振分析與優(yōu)化設計

宋家鳴

摘要：發(fā)動機動力總成懸置系統(tǒng)的支承、限位以及隔振作用，對提高車輛乘坐舒適度具有很好的作用。本文主要對汽車動力總成懸置系統(tǒng)隔振作用進行分析，并提出優(yōu)化意見。

關鍵詞：汽車動力；總成懸置；隔振

汽車的振源主要有兩個方面，即發(fā)動機激振和路面激振。動力總成通過懸置系統(tǒng)將發(fā)動機產(chǎn)生的振動傳遞給車身，引起車身振動，同時還會引起車廂壁板振動，從而產(chǎn)生輻射噪聲。因此，為達到汽車減振降噪的目的，應從發(fā)動機出發(fā)，減小其產(chǎn)生的振動。此外，動力總成對汽車隔振也有著巨大的影響。

1.發(fā)動機隔振理論概述

汽車的振動系統(tǒng)很復雜，發(fā)動機作為汽車的主要振源，若不能很好地控制其產(chǎn)生的振動，容易導致身板筋件與車架連接的其他零件產(chǎn)生振動與噪聲，并且還會造成汽車失穩(wěn)、不平順，令車內(nèi)人員感到難受和疲憊，甚至會致使汽車零部件損壞，縮短了汽車的使用年限。

2.發(fā)動機隔振原理分析

圖1是來自發(fā)動機的激振力；圖2 是來自路面的激振力。

設發(fā)動機豎向激振力 ，因阻抗方式比較方便，用 表示 。其中彈簧無質(zhì)量，則系統(tǒng)運動微分方程為 ，由此可證，在Feq作用下，發(fā)動機豎向位移幅值X為 ，傳遞到基礎上的力是彈簧力kx與阻尼力cx的合力，傳遞力FT為 ，其幅值為 ，由此可得到傳遞力幅值與激振力幅值之比的傳遞率 。

k指彈簧剛度，單位N/m； 指激振頻率，單位rad/s； 指系統(tǒng)固有頻率，單位rad/s；M集中質(zhì)量，單位kg； 指阻尼比， =c/Cc；c指粘性阻尼系數(shù)，單位為N s/m；Cc臨界粘性阻尼系數(shù)， ； 指頻率比， 。

不同的阻尼比與頻率比代入式，得到不同阻尼比下的傳遞率，如圖。

圖 3 不同阻尼比情況下的傳遞率

如圖2，設地面激振力使車架產(chǎn)生的位移為正弦波x1（t），對應的發(fā)動機總成位移x2（t），彈簧力為k（x2-x1），阻尼力為c（x2-x1），根據(jù)牛頓第二定律可得 ，移項得出 ，應用阻抗法，給出 ，相當于發(fā)動機激振力。

圖3為不同阻尼比的傳遞率，圖中的所有曲線在 = ，由此得出結(jié)論： =1為共振點，又稱系統(tǒng)的危險點。該點對阻尼感應力十分強，即使小小的阻尼也會造成系統(tǒng)過大振幅，極其具有破壞性；0.75< < 為隔離區(qū)，此區(qū)域的傳遞率為TR>1，利用隔振器傳遞后的響應幅值不僅沒有得到改善，反而比激振幅值更大，因此，此區(qū)為隔離段，應盡量避免或者盡量保持激振頻率與固有頻率的距離； > 為工作區(qū)，在此工作區(qū)，無論阻尼大小，其頻率越增大，傳遞率越降低，甚至趨于零，但當 超過5以后，傳輸率一般趨于平靜，波動很小，所以一般取 值大約在2.5與5之間； <0.75為前工作區(qū)，該區(qū)在激振頻率低于固有頻率情況下，TR>1，通常情況下，激振頻率要低于系統(tǒng)的固有頻率，因此，面對來自路面激振時，其頻率與系統(tǒng)固有頻率之比應不超過0.75。

3.動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化設計

上述分析是針對單自由度振動簡單模型進行研究與計算的，事實上，發(fā)動機并不是單自由度振動系統(tǒng)，也不只施加簡單的激振力，其質(zhì)量分布具有不均勻性，因此，懸置的剛度也應具備順應這一特點。發(fā)動機質(zhì)心與懸置頂點分別位于不同平面上，且常常后受到幾種激振力的同時作用，如發(fā)動機的一階和二階往復慣性力，所有的作用線都不需經(jīng)過系統(tǒng)重心，從而產(chǎn)生力矩，造成轉(zhuǎn)動。

因此，在設計建立發(fā)動機懸置系統(tǒng)時，需要從三個移動、三個轉(zhuǎn)動以及不同方向間運動的耦合出發(fā)，而這種運動耦合極其容易造成不利影響。

4.結(jié)語

實踐證明優(yōu)化后得到的懸置隔振率有明顯改善，降低了發(fā)動機振動向車架的傳遞量，使得車輛的舒適程度更進一層。

參考文獻：

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