汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振技術研究

董志斌,蘇麗華,孟 芳,唐 明,叢日新（長城汽車股份有限公司,河北 保定 071000）

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汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振技術研究

董志斌,蘇麗華,孟 芳,唐 明,叢日新
（長城汽車股份有限公司,河北 保定 071000）

摘 要：隨著汽車的普及，人們對汽車的舒適度與汽車的性能也更將關注。衡量一臺汽車的標準是汽車的振動和噪聲，是目前的汽車研究的重要課題。汽車的主要振源是往復活塞式的發(fā)動機，設計出良好的隔鎮(zhèn)懸置系統(tǒng)和性能合理的元件是整車的首要任務，研究出汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)的隔振技術也成為設計汽車的重要課題。

關鍵詞：汽車；發(fā)動機；懸置系統(tǒng)；隔振技術

0 引言

發(fā)動機在工作時的激勵與汽車行駛中路面的激勵是造成汽車的振動的兩大原因，其中，路面的激勵問題現(xiàn)已得到解決，而發(fā)動機由其本身的內(nèi)部激勵帶有的不平衡性與寬頻帶性會對NVH性能及汽車零部件使用壽命造成影響，怎樣使發(fā)動機的振動在向車體傳遞中將其隔離，是設計發(fā)動機懸置系統(tǒng)的關鍵。本文就發(fā)動機懸置系統(tǒng)的隔振技術進行深入研究。

1 懸置系統(tǒng)隔振技術研究的進展

在懸置元件的研究上，從初期的橡膠懸置逐漸提升到液壓懸置，直到現(xiàn)在被廣泛運用的主動控制懸置。在新型材料的推廣與應用中，利用高科技技術手段，發(fā)動機懸置元件走向了智能化。最早的懸置系統(tǒng)的設計是Anon Horison和Horivitz提出的六自由度解耦理論，之后提出了撞擊中心理論，在布置發(fā)動機方式上起到隔振效果，為了提高轎車的平衡性能，技術員們開始研究能量解耦設計進行優(yōu)化。為了將能量耦合在各自由度上振動降到最低，運用現(xiàn)代理論，將目標又鎖定在發(fā)動機懸置系統(tǒng)的固有頻率合理分配的優(yōu)化上，以及使能量解耦率在各個振動方向達到最高上。隨后，又將液阻懸置通過懸置系統(tǒng)動態(tài)響應特質(zhì)設計優(yōu)化，科技不斷發(fā)展與專家不同的設計理念的共同作用下，使懸置系統(tǒng)的研究進展有了極大的突破［1］。

2 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的設計要求

發(fā)動機效率與耗油率是造成發(fā)動機爆發(fā)壓力的兩大原因，如今，車身輕量化已成為設計趨勢，發(fā)動機的振動阻尼力存和振數(shù)成正比、彈性力和振動移位成正比，兩種作用力共同起到隔振效果，所以對發(fā)動機懸置系統(tǒng)的設計要求是起到支承、限位及隔振的作用。設計時懸置位置安裝時要注意角度，要確定初始剛度和一開始的阻尼參數(shù)，要合理匹配其振動量能解耦和頻率，還要注意整車和發(fā)動機總成的匹配。多方面因素和極其復雜的系統(tǒng)在隔振設計中都要考慮周到。

3 懸置系統(tǒng)振動振源

在懸置系統(tǒng)隔振技術中要分析發(fā)動機激勵源，也就是振源。在不考慮路面激勵時，另一個振源是發(fā)動機在工作過程中會產(chǎn)生的力矩力或周期性不平衡力。耗油量降低驅(qū)使發(fā)動機爆發(fā)力升高，也增加了激振力，這樣一來就與整車其他系統(tǒng)就會發(fā)生振動耦合，導致車體的噪聲加大，振動加劇。發(fā)動機分為單缸與多缸?？梢园讯喔装l(fā)動機看作單缸發(fā)動機的若干連接［2］。

4 懸置系統(tǒng)隔振性能的評價指標

懸置系統(tǒng)振動傳遞率與隔振率的大小是衡量汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣標準。通過對傳遞率的觀測，可以了解到懸置系統(tǒng)隔振性能。發(fā)動機懸置系統(tǒng)有兩個主振方向，分別為垂向和側(cè)傾。因此，傳遞率分為垂向振動傳遞率和側(cè)傾振動傳遞率。

式中，n為懸置元件個數(shù)；FZT為處于各個懸置點垂向動反力；FZ是發(fā)動機垂向激勵力［3］。

懸置系統(tǒng)側(cè)傾方向θx的振動傳遞率Tθx為：

式中，F(xiàn)zi，F(xiàn)yi為第i個懸置處y、z方向的支反力；yi，zi為第i個懸置處y、z方向的坐標；M0為發(fā)動機的側(cè)傾方向的輸出扭矩幅值。

5 懸置系統(tǒng)的布置形式

實際中，發(fā)動機型號會因車型的不同而有所區(qū)別，承重重量分配在前后及激振力等問題都決定懸置系統(tǒng)布置形式。懸置點個數(shù)、對懸置元件型式的布置和發(fā)動機安裝角度都對系統(tǒng)的振動固有特性和響應特性造成影響。懸置類型分為三種，分別為三點懸置、四點懸置和五點懸置。三點懸置適合于轎車的發(fā)動機，三點形成一個平面，能使懸置系統(tǒng)低頻隔振。大中型的客車和貨車的發(fā)動機懸置類型為四點懸置，有其定位可靠的特點，穩(wěn)定性較好。重型汽車采用五點來支承懸置系統(tǒng)，重型汽車的發(fā)動機飛輪殼與機體后端面的咬合存在過大婉拒，所以要在四點懸置上在加一個輔助懸置。懸置布置形式分為平置式、斜置式和會聚式［4］。

6 發(fā)動機總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化

對于汽車發(fā)動機總成懸置系統(tǒng)而言，一方面要求其有足夠的剛度限制發(fā)動機的大幅振動以避免碰撞其他部件，另一方面要求懸置系統(tǒng)足夠“軟”以便整車振動與噪聲要降到最低。兼顧這兩個方面是對懸置系統(tǒng)優(yōu)化的基本要求。在優(yōu)化設計發(fā)動機懸置系統(tǒng)要考慮發(fā)動機總成懸置系統(tǒng)六自由度解耦或部分解耦；發(fā)動機總成懸置系統(tǒng)在匹配中的固有頻率；發(fā)動機總成懸置系統(tǒng)支承處動反了達到最小。解耦要利用彈性中心法、剛度矩陣解耦法和量能解耦法。其中的固有頻率分為六種：縱向振動的固有頻率、橫向振動的固有頻率、垂直振動的固有頻率、發(fā)動機圍繞X軸振動的固有頻率、發(fā)動機圍繞Y軸振動的固有頻率、發(fā)動機繞Z軸振動的固有頻率。對系統(tǒng)隔振性能的計算，可以用系統(tǒng)振動傳遞率為優(yōu)化目標函數(shù)方法。若想使系統(tǒng)頻率錯開，可以利用固有頻率匹配為目標函數(shù)。系統(tǒng)的隔振特性被引用其中使兩種方法有很大的差別。在設計中，降低振動傳遞率會隔離發(fā)動機總成的振動。

7 結束語

汽車作為人類生活的一部分，人們對其的要求已經(jīng)遠遠超過了最基本的代步工具，汽車的舒適性受到了更高的關注。對懸置系統(tǒng)合理設計可以降低車內(nèi)的振動及噪聲從而提高汽車的舒適性。本文基于專家的研究，研究角度為懸置系統(tǒng)的隔振技術，以轎車的發(fā)動機為例，進行了分析。目前，汽車研究重點已經(jīng)從振動特性轉(zhuǎn)向NVH特性，希望未來的研究工作能從懸置元件、發(fā)動機總成等建立模型運用新的技術手段使懸置系統(tǒng)隔振技術有更高的突破。

參考文獻：

［1］沈忠亮.汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振技術研究［D］.合肥工業(yè)大學,2015.

［2］葉向好.汽車發(fā)動機動力總成懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)化設計研究［D］.浙江大學,2005.

［3］李志強.汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)動力響應分析與隔振率優(yōu)化［D］.廣西大學,2013.

［4］劉慧嬌.汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振性能研究［D］.沈陽工業(yè)大學,2012.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.230

作者簡介：董志斌（1985-），男，河北邯鄲人，研究方向：汽車零部件設計。