輕卡動力總成懸置系統(tǒng)故障分析及改進

梁小剛

摘 要：某4×2輕卡車在使用過程中，車輛出現(xiàn)左右后視鏡、前保險杠、腳踏板等零部件抖動，造成客戶駕乘舒適性差，引起客戶抱怨。針對該問題通過對動力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化，在改進后的車輛上跟蹤驗證，未再出現(xiàn)上述問題。本文通過介紹輕卡車輛動力總成懸置系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化改進，對日后產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：輕卡 發(fā)動機懸置系統(tǒng) 零部件抖動 優(yōu)化改進

Fault Analysis and improvement of light truck powertrain mounting system

Liang Xiaogang

Abstract：During the use of a 4×2 light truck， parts and components such as left and right rear view mirrors， front bumper and pedals of the vehicle jitter， resulting in poor driving comfort and customer complaints. In view of this problem， the powertrain mounting system is optimized and tracked on the improved vehicle， and the above problems do not occur again. This paper introduces the fault analysis and optimization improvement of light truck powertrain mounting system， which has guiding significance for product design and development in the future.

Key words：Light Truck， engine mounting system， parts shaking， optimization improvement

1 引言

引起車輛振動的激勵源主要包括兩個方面：一個是汽車行駛時不平的路面造成車輛顛簸，另一個是發(fā)動機不平衡往復(fù)運動工作時產(chǎn)生的慣性力和力矩。目前，隨著道路平整度的提高和懸架系統(tǒng)設(shè)計的提高，來自路面不平整造成車輛抖動的情況逐漸減少。因此，發(fā)動機工作產(chǎn)生的激勵對汽車振動的影響就顯得尤為突出。通過合理地匹配動力總成懸置系統(tǒng)，可以減少其振動向車架和駕駛室的傳遞，從而提高整車的行駛平順性和舒適性。

動力總成懸置系統(tǒng)主要由發(fā)動機和變速箱組成的動力總成、懸置軟墊、懸置支架等零件組成，它主要有支承限位、隔離振動、保護動力總成和平衡傳動系統(tǒng)產(chǎn)生反作用力的作用。動力總成懸置是一個支承、限位元件，它能在所有工況下承受動、靜載荷，并使發(fā)動機總成在不同方向上的位移處于合適的范圍內(nèi)，使其不至于產(chǎn)生過大的靜位移而與底盤上其它零部件發(fā)生干涉。發(fā)動機懸置是底盤與發(fā)動機之間的連接件，它應(yīng)具有良好的隔振作用，起到雙重隔振的作用。如何讓動力總成懸置合理匹配，是設(shè)計開發(fā)中重點關(guān)注的內(nèi)容。某輕卡動力總成懸置系統(tǒng)示意圖。

如圖1所示

2 懸置系統(tǒng)故障及原因分析

2.1 懸置系統(tǒng)故障現(xiàn)象

某4×2輕卡車在使用過程中，客戶反饋車輛在怠速情況下抖動嚴重的故障，主要表現(xiàn)為在怠速800rpm時，左、右后視鏡抖動，影響駕駛員倒車時觀看后方影像。另外，底盤上的保險杠、腳踏板支架、膨脹水箱支架均有抖動現(xiàn)象。

2.2 故障原因分析

該款車的發(fā)動機為直列四缸發(fā)動機，縱置布置在駕駛室艙里，發(fā)動機懸置采用的是A+D結(jié)構(gòu)（A：發(fā)動機前端，D），屬于常規(guī)輕卡車輛布置狀態(tài)。對于直列四缸發(fā)動機，它的主要激勵是低速區(qū)段的二階扭矩波動和高速區(qū)段的二階慣性力。動力總成在空間的運動中有六個自由度，即通過質(zhì)心三個坐標軸的平動和繞此三個軸線的轉(zhuǎn)動，如圖2所示。因此動力總成懸置系統(tǒng)有六個振動模式，相應(yīng)有六個固有頻率。

車輛產(chǎn)生抖動情況，當發(fā)動機輸出動力，通過前后懸置軟墊傳遞給車架，車架再通過駕駛室懸置傳遞給駕駛室，還會傳遞給底盤上的零部件。當隔振效果不好，大量的振動會傳遞給車架，當車架的固有頻率和動力輸出的激勵相同時就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，嚴重時會產(chǎn)生抖動。針對該款車輛出現(xiàn)的抖動問題，按照如下步驟開展原因分析：

2.2.1 對動力總成懸置進行CAE分析：布置校核—扭矩軸

通過分析，彈性中心比較靠近扭矩軸，詳見如上圖3和圖4。側(cè)視圖：彈性中心連線與扭矩軸夾角為2.03度，俯視圖：彈性中心連線與扭矩軸夾角為0.32度，均滿足設(shè)計要求，發(fā)動機懸置布置位置合適。

2.2.2 對動力總成懸置進行CAE分析：剛體模態(tài)分析

通過表1分析，最小頻率為X向6.22Hz，最大頻率為Ry向14.88Hz，滿足要求;Z向頻率6.64Hz，Rx向頻率7.45Hz，不滿足要求。頻率間隔最小為0.13Hz，不滿足要求。解耦率：Z向解偶率77.87%，不滿足要求。

3 系統(tǒng)改進方案及驗證

通過以上故障原因的分析，由于頻率間隔、最大最小頻率和Y向、Rz向解耦率達不到要求，需對發(fā)動機前后懸置軟墊的剛度進行優(yōu)化;根據(jù)設(shè)計要求，同比改變減振墊的三個方向剛度，同時保證前后懸置靜態(tài)壓縮量差值小于1mm。需要發(fā)動機懸置系統(tǒng)抓緊制定改進方案并盡快開展實車驗證。

3.1 制定方案

通過以上內(nèi)容不難看出，造成車輛振動的主要原因是發(fā)動機前后懸置軟墊的剛度值不滿足設(shè)計要求。針對這個問題，在保持結(jié)構(gòu)不調(diào)整的情況下，分別調(diào)整發(fā)動機前后懸置軟墊的剛度值，新出兩個方案（表2）：

針對以上兩個方案，通過CAE分析后，結(jié)果如表3，選擇方案一為優(yōu)化方案。

3.2 實車驗證

方案制定好后，為驗證方案的有效性和可靠性，通過在輕卡車上更換新剛度的發(fā)動機前后懸置軟墊，分別在發(fā)動機前后懸置端，和車架端布置傳感器，采集發(fā)動機懸置的隔振數(shù)據(jù)，采集腳踏板、方向盤和左后后視鏡的振動最大加速度數(shù)據(jù)。經(jīng)過前后懸置的實測數(shù)據(jù)對比，經(jīng)過試裝驗證，車輛的抖動已不明顯，優(yōu)化效果明顯。原狀態(tài)懸置與新狀態(tài)懸置隔振量的結(jié)果對比，見圖5：

4 結(jié)論

本文針對4×2輕卡載貨車，車輛在怠速情況下出現(xiàn)左、右后視鏡、保險杠，腳踏板支架，膨脹水箱支架等抖動嚴重的故障。通過分析四缸發(fā)動機主要激勵力矩為二階扭矩振動，其作用方向為動力總成的側(cè)傾方向，所以對動力總成懸置系統(tǒng)主要考慮減小側(cè)傾方向的振動傳遞率。通過對發(fā)動機前后懸置軟墊的剛度優(yōu)化，在改進后的車輛上跟蹤驗證，未再出現(xiàn)明顯振動的現(xiàn)象。說明此改進方案可以有效解決問題，對日后產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]劉維信.汽車設(shè)計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]周志革，武一民，崔根群，等.發(fā)動機懸置系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計，2003.