汽車動力總成懸置系統(tǒng)的設計理論研究

陳林奇

摘要：在振動系統(tǒng)當中，動力總成系統(tǒng)是重要的振動子系統(tǒng)，是由發(fā)動機、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動力總成系統(tǒng)是通過懸置元件連接在車架（底盤）上的。對懸置系統(tǒng)進行研究并做合理的優(yōu)化，在完善系統(tǒng)隔振水平以及提升解耦能力有著非常重要的意義。

關鍵詞：動力總成;懸置系統(tǒng);振動傳遞率

引言

在振動系統(tǒng)當中，動力總成系統(tǒng)是重要的振動子系統(tǒng)，是由發(fā)動機、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動力總成系統(tǒng)是通過懸置元件連接在車架（底盤）上的。對懸置系統(tǒng)進行研究并做合理的優(yōu)化，在完善系統(tǒng)隔振水平以及提升解耦能力有著非常重要的意義。

一、動力總成懸置系統(tǒng)的假設

一般來說，動力總成懸置系統(tǒng)不是一個線性系統(tǒng)，而是有著許多零部件一起組合而成的，這也是十分繁雜的汽車振動系統(tǒng)當中的子系統(tǒng)之一。對于這樣的非線性系統(tǒng)而言，要對其進行減振性能的分析是十分困難的。因此，要對懸置系統(tǒng)進行一些合理假設：

（1）假設動力總成為絕對缸體構造;

（2）發(fā)動機在水平、垂直及其回轉方向上產生的振動互不干涉;

（3）發(fā)動機在旋轉上的角速度為一固定值。

以此為基礎，進而來分析懸置系統(tǒng)的主要振動源有：

（1）發(fā)動機由于上下運動，而產生的垂直方向振動;

（2）發(fā)動機自身繞橫軸而產生的振動;

（3）發(fā)動機由于回轉力矩的作用，所引起的振動。

二、動力總成懸置系統(tǒng)激勵形成的說明

經研究得出，影響汽車動力總成的振動的因素有許多，且各種因素的產生也十分多變。但是依據(jù)振動的主要來源，可分為以下幾種形式：

（1）因路面激勵而引起的激勵振動，頻率小于2.5Hz;

（2）因汽車忽然加減速造成的縱向振動，是汽車慣性力出現(xiàn)所導致的;

（3）因發(fā)動機剛性過低導致的彎曲振動;

（4）因各個氣缸受力不同所導致的振動，主要原因是氣缸燃燒不均而引發(fā)的;

（5）由于不平衡作用導致的簡諧運動;

（6）由于往復運動與不平衡回轉導致力和力矩的產生。

要滿足懸置系統(tǒng)的減振效果，必有兩個激振作用于動力總成之上，第一種是由路面較差的因素所引起的頻率較低的振動，這種振動的傳遞主要是通過懸架系統(tǒng)傳至動力總成來實現(xiàn)的。第二種激勵更為重要，雖然當今世界具有先進的制造工藝和合理的設計理念，但是動力總成在工作時自身會引發(fā)振動情況的現(xiàn)象仍然存在。第一種激勵源會產生較大的振動幅度，但是激勵的產生大多數(shù)都是屬于低頻范圍內的，總體上小于2.5Hz，因此可以說明發(fā)動機的主體振動激勵是由燃氣爆炸及曲軸的不平衡轉動在發(fā)動機氣缸內產生的往復扭矩激擾而產生的。

三、動力總成懸置系統(tǒng)的減振原理

由于6自由度汽車發(fā)動機內部的懸置系統(tǒng)特別復雜，其振動過程研究起來也繁瑣，因此便于研究，可以將懸置系統(tǒng)轉換為單自由度振動過程，其結構顯示在圖1中。

圖1 發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振過程

將發(fā)動機豎向所具有的激振力設為方程Feq=Fsin（ωt），方程中Fsin（ωt）用Fejwt表示，動力總成在激振力作用下產生的垂向位移用x表示，那么動力微分方程如下

由上述公式可得：

（1）當λ<1時，會產生較低的激振頻率，汽車幾乎保持靜止狀態(tài)。

（2）當λ=1時，為共振點，此點也可稱為系統(tǒng)的危險點，在這一點時系統(tǒng)產生的振幅會隨著阻尼比的輕微變動而發(fā)生較大的變動，具有相當大的破壞性，應盡可能避免此類情況的發(fā)生;

（3）當0.75<λ<時，為隔離區(qū)，傳遞率TR在此區(qū)域內大于1，在此區(qū)域內振動幅值較之前變化更大，這是在經過隔振處理之后的表現(xiàn)，所以這并沒有起到很好的隔振作用，因此在進行研究時必須避讓隔離區(qū)。

（4）當λ>時，是工作區(qū)域，在該區(qū)域內振動一般不大，而且不管阻尼值為多大，當阻尼比數(shù)值增加時，傳遞率會無限趨于0，達到良好的隔振效果。

所以目前可以研究出，考慮頻率范圍時，應盡量選取工作區(qū)內的頻率比值，選用合理的阻尼參數(shù)。

四、動力總成懸置系統(tǒng)彈性元件布置

目前駕駛員及乘客對汽車乘坐舒適性的要求越來越高，研究工作者多數(shù)都是將彈性元件直接安裝在車架結構上，從而降低振動所造成的影響。如果在彈性元件表面出現(xiàn)作用力，同時只會在力的產生方向上出現(xiàn)彈性位移，那么就可以將作用力方向稱作彈性主軸方向。就汽車動力總成懸置而言，屬于非常復雜的振動體系，系統(tǒng)的特性和系統(tǒng)的解耦程度是與懸置點的布置方式及個數(shù)有一定關系的。

（1）懸置點常用數(shù)量

目前，實車當中多數(shù)都運用三點式和四點式類型的懸置布置。

①三點式布置：由于該類型的布置能夠確定一個面，所以布置方式產生的影響不會因車架變動而發(fā)生變化，并且這種懸置具有空間需求小、結構簡單、設計簡單及固有頻率低等優(yōu)點，被廣泛應用于實車當中。

②四點式布置：因四點式布置形式能更大范圍的抵抗作用力，所以會大大減小頻率的布置區(qū)間，這樣會造成不易避開低頻振動的結果，導致極其不理想的減振效果。

（2）懸置常用到的布置形式

在實際過程中，對彈性懸置體系進行設計時，通常都會將布置是否對稱規(guī)律放在考慮之列，目的在于避免布置形式不正確而導致系統(tǒng)發(fā)生耦合現(xiàn)象。圖2介紹了廣泛采用的懸置分布方式：

①平置式。如圖2（a）所示，結構相對不復雜、設計起來較為方便，不需要很高的裝配精度，在后置發(fā)動機布局上廣泛應用，且系統(tǒng)坐標軸x、y、z三軸方向與彈性主軸的三個方向相同，此布置方式固定可靠，并且具有良好的隔振效果。

②斜置式。如圖2（b）所示，如今被廣泛應用的一種布置方式，懸置元件成V型傾斜布置且左右對稱。較比平置式，這種布置方式更為復雜，此布置形式能把系統(tǒng)總成位移控制在很好的范圍內，且具有良好的橫側向剛度。

五、結語

對懸置系統(tǒng)的設計是目前整車降噪減振的重要研究領域，通過對動力總成懸置系統(tǒng)基本理論的研究，說明了橡膠懸置元件在動力總成懸置系統(tǒng)中的功用，并對減振的理論進行了系統(tǒng)的分析，可以將懸置系統(tǒng)進行優(yōu)化結構設計，進而改善汽車的振動性能。

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