莫學(xué)霜，謝小洋，廖仲翔，巫連茂

（東風(fēng)柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心，廣西柳州545000）

某車型動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)

莫學(xué)霜，謝小洋，廖仲翔，巫連茂

（東風(fēng)柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心，廣西柳州545000）

隨著科學(xué)技術(shù)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(jìn)步，但也造成了汽車振動(dòng)問題的日益突出，與此同時(shí)顧客對(duì)汽車舒適性的要求也越來越高。動(dòng)力總成系統(tǒng)作為汽車主要的振動(dòng)源和噪聲源之一，如果由動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)得不到很好的控制或者消減，會(huì)造成底盤或車架的其它部件產(chǎn)生很大的振動(dòng)和噪聲。為此，更合理的匹配設(shè)計(jì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)不僅能提升汽車乘坐時(shí)的舒適性，也能延長動(dòng)力總成系統(tǒng)和汽車其它部件的壽命。懸置系統(tǒng)對(duì)車的振動(dòng)、噪聲和平順性有著重要影響。本文通過某款車型動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的匹配過程，闡述如何匹配設(shè)計(jì)某款車型的懸置系統(tǒng)。

動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)；隔振；優(yōu)化設(shè)計(jì)；動(dòng)靜特性

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、制造技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)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(biāo)，越來越受到人們的重視和關(guān)注。

從整個(gè)汽車運(yùn)作系統(tǒng)來看，汽車發(fā)生振動(dòng)的振源主要有兩個(gè)：一是，汽車行駛時(shí)路面對(duì)汽車的隨機(jī)激勵(lì)；二是，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)激勵(lì)。

但隨著道路條件的改善和汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完善，路面隨機(jī)激勵(lì)對(duì)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(chǎng)對(duì)能耗低汽車的需求以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)汽車質(zhì)量中所占比重有所上升[2]。同時(shí)，越來越多的汽車采用整體式薄壁結(jié)構(gòu)，使現(xiàn)代汽車越來越強(qiáng)調(diào)輕量化，然而發(fā)動(dòng)機(jī)的重量卻很難降低，從而車身彈性增加，振動(dòng)趨勢(shì)上升。從上述各種原因引起的動(dòng)力總成振動(dòng)源在汽車振動(dòng)中所占比例較大。由動(dòng)力總成振動(dòng)引起的振動(dòng)有：動(dòng)力總成剛體振動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、各零件的振動(dòng)。這些振動(dòng)還會(huì)引起車體內(nèi)氣體共振產(chǎn)生噪聲，這就使這種狀況變成噪聲、機(jī)構(gòu)疲勞強(qiáng)度、以及振動(dòng)相結(jié)合的復(fù)雜問題。所以如何合理地匹配動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，最大限度地減小向車身傳遞振動(dòng)和噪聲是汽車減振降噪的主要研究內(nèi)容之一。

懸置系統(tǒng)的好壞主要取決于懸置結(jié)構(gòu)形式、安裝的幾何位置及懸置軟墊的剛度。懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)較為復(fù)雜的任務(wù)，需要滿足一系列的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求。因此正確選擇與動(dòng)力總成相匹配的懸置系統(tǒng)對(duì)整車設(shè)計(jì)有很大作用。

1 動(dòng)力總成基本參數(shù)測(cè)量

測(cè)量整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)部分的基本參數(shù)，是動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率計(jì)算和解耦率分析以及對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行匹配的基礎(chǔ)。本章將對(duì)此次研究的車型的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的基本參數(shù)的測(cè)量方法以及過程進(jìn)行敘述?；緟?shù)包括：質(zhì)量、質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和慣性積以及各懸置剛度。

1.1 建立參考坐標(biāo)系及單位定義

（1）整車坐標(biāo)系

根據(jù)實(shí)際車型原點(diǎn)在整車數(shù)模坐標(biāo)原點(diǎn)；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(dòng)力總成質(zhì)心坐標(biāo)系

原點(diǎn)在動(dòng)力總成質(zhì)心；X軸指向發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)系

原點(diǎn)在質(zhì)心，方向與整車坐標(biāo)系方向相同，主要用于動(dòng)力總成系統(tǒng)匹配計(jì)算時(shí)使用。

（4）單位定義

本次分析計(jì)算采用的單位體系如表1所列。

表1 單位體系

本次測(cè)量所使用的儀器工作臺(tái)如圖1所示。

圖1 測(cè)量所用儀器

1.2 動(dòng)力總成基本參數(shù)測(cè)量

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

表2 某車型動(dòng)力總成基本參數(shù)

2 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)分析剛度計(jì)算及剛度優(yōu)化

2.1 解耦優(yōu)化目標(biāo)

根據(jù)振動(dòng)源分析給出動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)剛體模態(tài)及其解耦率的目標(biāo)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(zhuǎn)向柱及動(dòng)力傳動(dòng)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(guān)注Pitch和Bounce的解耦情況應(yīng)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(dòng)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(gòu)成了振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)橡膠懸置的點(diǎn)數(shù)和布置形式對(duì)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(dòng)機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)匹配。

2.2.1 懸置系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)選擇及懸置類型的選擇

本次車型選用的是三點(diǎn)懸置，其優(yōu)點(diǎn)有：構(gòu)造簡潔安裝所需求空間小、設(shè)計(jì)簡便和不易產(chǎn)生定位干涉等。

根據(jù)第2章中對(duì)各種懸置結(jié)構(gòu)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(gè)懸置都可以看作由三個(gè)相互垂直的粘性彈簧組成的隔振器。按照這三個(gè)彈簧的剛度軸線和參考坐標(biāo)系軸線間的相對(duì)位置關(guān)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(gè)懸置的三個(gè)相互垂直的剛度軸分別和懸置系統(tǒng)的坐標(biāo)系OX、OY、OZ平行，如圖2所示。由于參考坐標(biāo)系的各坐標(biāo)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(chǎn)生恢復(fù)力；同樣繞某一軸回轉(zhuǎn)的角位移在平行與此軸的彈簧中不產(chǎn)生恢復(fù)力。

圖2 平置式

2.2.3 懸置三部件中心點(diǎn)及安裝角度的確定

橫置懸置系統(tǒng)三點(diǎn)支撐通常為左、右懸置加防扭拉桿。左、右懸置承載了動(dòng)力總成大部分的重量。當(dāng)彈性軸和扭矩軸重合時(shí)稱為純扭矩軸系統(tǒng)（Pure Torque Axis System），如圖3所示。此時(shí)動(dòng)力總成的垂向和俯仰模態(tài)完全解耦，便于系統(tǒng)調(diào)整以隔離路面沖擊、怠速抖動(dòng)及振動(dòng)解決；并且懸置性能易于實(shí)現(xiàn)，零件易于制造。但支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置通常需要置于車身縱梁之上，同時(shí)懸置需要與發(fā)動(dòng)機(jī)端面連接會(huì)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(shí)際應(yīng)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(nèi)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(dòng)機(jī)動(dòng)力總成數(shù)模和車身數(shù)模盡量達(dá)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(gè)懸置的安裝角度與整車坐標(biāo)的夾角如表5所列。

表5 懸置各點(diǎn)安裝角度（整車坐標(biāo)）

2.3 懸置系統(tǒng)剛度匹配計(jì)算

根據(jù)第2章所測(cè)得的動(dòng)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(jīng)驗(yàn)對(duì)每個(gè)懸置的剛度進(jìn)行預(yù)設(shè)然后進(jìn)入ADMAS軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，為了達(dá)到解耦和固有頻率目標(biāo)可以采取多次試驗(yàn)。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(yù)設(shè)的時(shí)候要注意。

優(yōu)化后的振動(dòng)頻率和解耦率滿足優(yōu)化要求。按后對(duì)設(shè)計(jì)剛度進(jìn)行取整。如表6所示。

表6 優(yōu)化后的剛度

2.4 懸置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)2.3優(yōu)化所得各懸置剛度值，以及車身、動(dòng)力總成邊界，設(shè)計(jì)各懸置結(jié)構(gòu)。所得三維圖如圖4～6所示。

圖4 動(dòng)力總成左懸置

圖5 動(dòng)力總成右懸置

圖6 動(dòng)力總成后懸置

3 結(jié)束語

本文主要闡述了某車型的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的匹配計(jì)算及優(yōu)化。首先從選擇的分類開始闡述，接著對(duì)不同懸置機(jī)構(gòu)主要是橡膠和液壓懸置進(jìn)行動(dòng)靜特性分析，然后測(cè)量動(dòng)力總成參數(shù)。建立懸置系統(tǒng)模型，重點(diǎn)介紹了懸置優(yōu)化理論并選擇了懸置的布置以及結(jié)構(gòu)；進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)以及解耦率的分析計(jì)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(xué)鋒.發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車工程，1992，14（2）：103－110.

[3]徐石安.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(hào)：1

1672-545X（2017）05-0022-04

2017-02-29

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