某車型動力總成懸置系統(tǒng)的匹配設計

莫學霜，謝小洋，廖仲翔，巫連茂

（東風柳州汽車有限公司PV技術中心，廣西柳州545000）

某車型動力總成懸置系統(tǒng)的匹配設計

莫學霜，謝小洋，廖仲翔，巫連茂

（東風柳州汽車有限公司PV技術中心，廣西柳州545000）

隨著科學技術的日益發(fā)展，汽車在高速化和車身輕量化上取得了很大的進步，但也造成了汽車振動問題的日益突出，與此同時顧客對汽車舒適性的要求也越來越高。動力總成系統(tǒng)作為汽車主要的振動源和噪聲源之一，如果由動力總成產生的振動得不到很好的控制或者消減，會造成底盤或車架的其它部件產生很大的振動和噪聲。為此，更合理的匹配設計動力總成懸置系統(tǒng)不僅能提升汽車乘坐時的舒適性，也能延長動力總成系統(tǒng)和汽車其它部件的壽命。懸置系統(tǒng)對車的振動、噪聲和平順性有著重要影響。本文通過某款車型動力總成懸置系統(tǒng)的匹配過程，闡述如何匹配設計某款車型的懸置系統(tǒng)。

動力總成懸置系統(tǒng)；隔振；優(yōu)化設計；動靜特性

隨著科學技術的進步、制造技術的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，消費者對汽車的性能提出了更高的需求。汽車的NVH（Noise、Vibration、Harshness）性能是汽車特別是轎車的主要性能指標，越來越受到人們的重視和關注。

從整個汽車運作系統(tǒng)來看，汽車發(fā)生振動的振源主要有兩個：一是，汽車行駛時路面對汽車的隨機激勵；二是，發(fā)動機工作時的振動激勵。

但隨著道路條件的改善和汽車懸架系統(tǒng)設計的完善，路面隨機激勵對汽車舒適性的影響逐步減弱。又由于節(jié)約能源的考慮、市場對能耗低汽車的需求以及對環(huán)境保護的要求，汽車發(fā)動機在整個汽車質量中所占比重有所上升[2]。同時，越來越多的汽車采用整體式薄壁結構，使現(xiàn)代汽車越來越強調輕量化，然而發(fā)動機的重量卻很難降低，從而車身彈性增加，振動趨勢上升。從上述各種原因引起的動力總成振動源在汽車振動中所占比例較大。由動力總成振動引起的振動有：動力總成剛體振動、傳動系統(tǒng)的彎曲振動和扭轉振動、各零件的振動。這些振動還會引起車體內氣體共振產生噪聲，這就使這種狀況變成噪聲、機構疲勞強度、以及振動相結合的復雜問題。所以如何合理地匹配動力總成懸置系統(tǒng)，最大限度地減小向車身傳遞振動和噪聲是汽車減振降噪的主要研究內容之一。

懸置系統(tǒng)的好壞主要取決于懸置結構形式、安裝的幾何位置及懸置軟墊的剛度。懸置系統(tǒng)的設計是一個較為復雜的任務，需要滿足一系列的靜態(tài)和動態(tài)性能要求。因此正確選擇與動力總成相匹配的懸置系統(tǒng)對整車設計有很大作用。

1 動力總成基本參數(shù)測量

測量整個系統(tǒng)中各個部分的基本參數(shù)，是動力總成懸置系統(tǒng)進行固有頻率計算和解耦率分析以及對系統(tǒng)的參數(shù)進行匹配的基礎。本章將對此次研究的車型的動力總成懸置系統(tǒng)的基本參數(shù)的測量方法以及過程進行敘述?；緟?shù)包括：質量、質心位置、轉動慣量和慣性積以及各懸置剛度。

1.1 建立參考坐標系及單位定義

（1）整車坐標系

根據(jù)實際車型原點在整車數(shù)模坐標原點；X軸由車頭指向車尾；Z向垂向上；Y向按右手定則確定。

（2）動力總成質心坐標系

原點在動力總成質心；X軸指向發(fā)動機前端；Z軸與汽缸中心線平行并垂直向上；Y向按右手定則確定。

（3）參考坐標系

原點在質心，方向與整車坐標系方向相同，主要用于動力總成系統(tǒng)匹配計算時使用。

（4）單位定義

本次分析計算采用的單位體系如表1所列。

表1 單位體系

本次測量所使用的儀器工作臺如圖1所示。

圖1 測量所用儀器

1.2 動力總成基本參數(shù)測量

根據(jù)以上所述的測量方法并使用所述儀器得出這款車型的動力總成基本參數(shù)如表2所示。

表2 某車型動力總成基本參數(shù)

2 動力總成懸置系統(tǒng)分析剛度計算及剛度優(yōu)化

2.1 解耦優(yōu)化目標

根據(jù)振動源分析給出動力總成懸置系統(tǒng)剛體模態(tài)及其解耦率的目標見表3所示。

表3 懸置模態(tài)要求

除了上表要求外還有以下要求：

（1）所有模態(tài)頻率必須高于6 Hz以減少與人身剛體模態(tài)的耦合，防止車上乘客有不舒適感。

（2）所有模態(tài)頻率必須低于21 Hz以減少與車身、轉向柱及動力傳動系統(tǒng)等模態(tài)的耦合。

（3）主要的Bounce和Pitch方向頻率間隔盡量大于2 Hz.主要關注Pitch和Bounce的解耦情況應盡可能滿足解耦大于90%.

（4）Pitch與Fore/Aft的模態(tài)頻率至少隔開2 Hz以及Lateral與Roll的模態(tài)頻率至少隔開2 Hz.

2.2 懸置系統(tǒng)的布置及類型選擇

動力總成是通過懸置與車架相連而懸置的模型是由粘彈性元件連接兩者而構成了振動系統(tǒng)。對于這個復雜的振動系統(tǒng)橡膠懸置的點數(shù)和布置形式對系統(tǒng)的固有特性和解耦情況起著十分重要的作用。本次此車型選用的是橫置發(fā)動機來進行設計匹配。

2.2.1 懸置系統(tǒng)的點數(shù)選擇及懸置類型的選擇

本次車型選用的是三點懸置，其優(yōu)點有：構造簡潔安裝所需求空間小、設計簡便和不易產生定位干涉等。

根據(jù)第2章中對各種懸置結構和特性的分析此車型選擇的懸置如下：

右懸置選擇為液壓懸置，左懸置和后懸置選擇的是橡膠懸置。

2.2.2 懸置系統(tǒng)的布置形式

每個懸置都可以看作由三個相互垂直的粘性彈簧組成的隔振器。按照這三個彈簧的剛度軸線和參考坐標系軸線間的相對位置關系本次懸置選擇的是平置式，這是一種傳統(tǒng)的布置型式，布局簡單安裝容易。在這種布置方式中每個懸置的三個相互垂直的剛度軸分別和懸置系統(tǒng)的坐標系OX、OY、OZ平行，如圖2所示。由于參考坐標系的各坐標軸方向平行于懸置的各彈簧作用線，故沿著某一軸方向的線位移在其余兩彈簧中不產生恢復力；同樣繞某一軸回轉的角位移在平行與此軸的彈簧中不產生恢復力。

圖2 平置式

2.2.3 懸置三部件中心點及安裝角度的確定

橫置懸置系統(tǒng)三點支撐通常為左、右懸置加防扭拉桿。左、右懸置承載了動力總成大部分的重量。當彈性軸和扭矩軸重合時稱為純扭矩軸系統(tǒng)（Pure Torque Axis System），如圖3所示。此時動力總成的垂向和俯仰模態(tài)完全解耦，便于系統(tǒng)調整以隔離路面沖擊、怠速抖動及振動解決；并且懸置性能易于實現(xiàn)，零件易于制造。但支撐發(fā)動機的懸置通常需要置于車身縱梁之上，同時懸置需要與發(fā)動機端面連接會引發(fā)潛在的其它問題[3]。懸置安裝位置如表4所示。

圖3 純扭矩軸系統(tǒng)

表4 懸置安裝位置

在實際應用中由于空間限制往往不能直接把左、右懸置布置在扭矩軸上。通常在XY平面內令左、右懸置的連線與扭矩軸重合或平行而懸置Z方向的位置則由安裝空間決定。

根據(jù)某車型發(fā)動機動力總成數(shù)模和車身數(shù)模盡量達到以上所述的純扭矩軸系

再根據(jù)各安裝位置來初步確定安裝每個懸置的安裝角度與整車坐標的夾角如表5所列。

表5 懸置各點安裝角度（整車坐標）

2.3 懸置系統(tǒng)剛度匹配計算

根據(jù)第2章所測得的動力總成參數(shù)和2.2.3所得的安裝位置和安裝角度，根據(jù)經驗對每個懸置的剛度進行預設然后進入ADMAS軟件進行優(yōu)化計算，為了達到解耦和固有頻率目標可以采取多次試驗。要特別注意的是懸置1選用的是直圓筒式液壓懸置u和v方向上的剛度是一樣的，預設的時候要注意。

優(yōu)化后的振動頻率和解耦率滿足優(yōu)化要求。按后對設計剛度進行取整。如表6所示。

表6 優(yōu)化后的剛度

2.4 懸置結構設計

依據(jù)2.3優(yōu)化所得各懸置剛度值，以及車身、動力總成邊界，設計各懸置結構。所得三維圖如圖4～6所示。

圖4 動力總成左懸置

圖5 動力總成右懸置

圖6 動力總成后懸置

3 結束語

本文主要闡述了某車型的動力總成懸置系統(tǒng)的匹配計算及優(yōu)化。首先從選擇的分類開始闡述，接著對不同懸置機構主要是橡膠和液壓懸置進行動靜特性分析，然后測量動力總成參數(shù)。建立懸置系統(tǒng)模型，重點介紹了懸置優(yōu)化理論并選擇了懸置的布置以及結構；進行振動模態(tài)以及解耦率的分析計算及優(yōu)化，得出這款車懸置系統(tǒng)的最佳輸入剛度。

[1]J.S.TaoGR.LiuK.Y.LAM.Design Optimization of Marine En gine－mount System[J].Journal of Sound Vribration，2000，235（2）：477－494.

[2]上官文斌，蔣學鋒.發(fā)動機懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J].汽車工程，1992，14（2）：103－110.

[3]徐石安.汽車發(fā)動機彈性支承解耦隔振的解耦方法[J].汽車工程，1995，17（4）：198－204.

A Vehicle Powertrain Mounting System of Matching Design

MO Xue-shuang，XIE Xiao-yang，LIAO Zhong-xiang，WU Lian-mao
（DongFeng Liuzhou Motor Co.，Ltd.，PV Technology Centre，Liuzhuo Guangxi 545000，China）

With the development of technology，there’s been a great improvement in automobile’s high-speed and light-weight.But at the same time vibration problem is increasingly outstanding too.Also，people have a more and more high request on vehicle ride comfort.Engine as one of the main vibration and noise sources on the automobile，if vibration caused by it has not been well controlled，it will make parts connected to the frame produce vibration and noise.Thus，designing the powertrain mounting system reasonably，not only can improve the vehicle ride comfort，but also extend lifetime of the engine and other parts.This paper will be through a powertrain mounting system models matching process，explain to the reader how to match a vehicle's powertrain mounting system design.

powertrain mounting system；vibration isolation；optimization design；static and dynamic characteristics

U467.4

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0022-04

2017-02-29

莫學霜（1989－），男，廣西桂林人，助理工程師，工學學士，研究方向：乘用車懸置系統(tǒng)。