某汽車平臺動力總成懸置系統模塊化設計

黃曉珍 宋建新 李家烽

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 530004

1 引言

模塊化設計就是把整車按功能分成獨立的模塊，每個模塊集成多個零件或總成，并且各個模塊之間的連接固定，裝配時以模塊為基礎。市場用戶的個性化需求促使汽車制造商不斷設計開發新車型，而模塊化設計的應用可以通過選用不同的零件或者總成得到變形的模塊，不同的變形模塊組裝有可以得到不同的變形車，這樣既可以節約成本，又可以提高客戶響應速度。

2 動力總成懸置系統

汽車動力總成懸置系統是指動力總成與車架或者車身之間的彈性連接系統，其設計性能對整車的振動噪音水平有重要影響，進而影響汽車的舒適性。動力總成懸置系統按動力總成布置形式有橫置動力總成懸置系統及縱置動力總成懸置系統。本文研究的某汽車平臺匹配的多款動力總成均為橫置前期前驅動力。懸置點的數量以及其布置形式直接影響動力總成振動的固有特性及解耦情況。乘用車動力總成一般有3～4個懸置元件，低端乘用車一般選用橡膠懸置，中高檔車型發動機側一般選用液壓懸置。橫置懸置系統的布置形式一般分為左右懸置加防扭拉桿布置的三點支撐和左右懸置和前后懸置布置的四點支撐。左右懸置承載了動力總成大部分的重量，防扭拉桿和前后懸置主要控制動力總成的扭矩波動。懸置系統的隔振性能由每個懸置的性能及其組合后的特性確定[1]。

圖1 懸置布置形式

表1 某平臺匹配的動力總成

3 某平臺動力總成懸置系統模塊化設計

3.1 某平臺懸置系統設計邊界條件

本文所研究的汽車平臺包括Car、MPV及SUV三種車型，共搭載1.2L、1.0T和1.5L三種發動機，以及SH21M5、SH21M6、SH31M6B 和SH31M6 4種變速器。各車型與動力總成的匹配關系如表1所示：

本平臺搭載的動力總成均為前置前驅動力，動力總成懸置系統采用三點支撐布置形式，其中1.0T及1.5L右側Eng懸置為液壓懸置，其余為橡膠懸置。本平臺懸置布置形式如圖1所示。為了降低研發成本，提高效率，本平臺所有車型前車體大梁以及副車架為共用件。

3.2 某平臺懸置系統模塊化設計

3.2.1 某平臺動力總成懸置系統模塊化策略

懸置系統元件最大化借用(現有車型）、共用(平臺內），且滿足平臺內與車架接口共用；統一考慮所有動力總成懸置系統性能，平衡動力總成的配合與扭距軸線的關系，讓各懸置位置更靠近軸線，從而改善動力總成所受外力、內力向車身傳遞，提高汽車乘坐舒適性。

3.2.2 某平臺動力總成懸置系統模塊設計

考慮到動力總成懸置系統元件最大化借用、共用，利用公司現有MPV車型的1.5L動力總成懸置系統作為基礎進行布置研究。1.5L和1.0T動力總成Eng懸置與現有MPV車型的1.5L動力總成Eng懸置都為液壓懸置，可直接借用。將現有7座MPV配1.5L動力總成及懸置放進Car/MPV/SUV整車坐標中，綜合考慮動力總成1.5LB10T1.2/離地間隙、與副車架間隙、與前端模塊間隙、與前車體大梁間隙等因素，確定CarMPVSUV配1.5LB10T1.2L動力總成及懸置在整車坐標系下的位置。再根據各動力總成的配合與扭距軸線的關系，微調動力總成位置，優化統一動力總成懸置系統的位置。經過優化調整，某汽車平臺所有車型的全部動力總懸置系統與車架的接口一致，其中相同的動力總成在整車坐標是一致的，懸置系統是共用的。

某平臺動力總成懸置借用現有7座MPV配1.5L懸置結果如表2與圖2所示。圖中綠色表示共用，黃色表示更改。

表2 某平臺動力總成懸置系統共用情況

圖2 懸置系統元件共用圖

圖3 動力總成TRA分析圖

3.3 某平臺懸置系統性能分析

3.3.1 某平臺懸置系統定位分析

本汽車平臺動力總成懸置系統是采用Powertrain_TRA_Compute程序計算TRA的空間位置，左邊Trans與右邊Eng懸置懸置中心連線在X方向上與TRA軸的距離要求不大于25mm。經計算，在動力總成質心坐標系下，各動力總成（1.5LB10T1.2L）的點TRA_PT均位于TRA附近，滿足設計要求，如圖3所示。

3.3.2 某平臺懸置系統剛度分析

懸置的剛度有靜剛度和動剛度。靜剛度是靜載荷下抵抗變形的能力，以結構在靜載荷下的變形量衡量。K=F1-F2/S1-S2，式中：K-靜剛度，F-載荷；S-位移。動剛度是動載荷下抵抗變形的能力，以結構振動頻率衡量。KΦ=Aload/Adisp，式中： KΦ-動剛度，Aload-動態或動態力矩的峰值。Adisp-動態位移或動態轉角的峰值。用動靜剛度比來描述彈性緩沖件的動態回彈性[2]。

本汽車平臺采用CAR_PMS_Desi_cal程序分析平臺匹配的各動力總成懸置系統的剛度如表3所示。橡膠懸置的動靜剛度比一般要求為1.4～1.6，液壓懸置的動靜剛度比一般要求小于或等于2，各動力總成懸置系統均滿足動靜剛度要求。

3.3.3 某平臺懸置模態分析

動力總成在空間有3個方向平動自由度和3個方向旋轉自由度，因此懸置系統相應有6個模態（固有頻率）。通常懸置系統廣義坐標上的任意激勵都會激起多個模態，導致動力總成振幅加大、振動頻率帶過寬，要想達到較好的隔振效果需要更軟的懸置元件，但這樣又會導致動力總成更大的位移，容易與周圍零件干涉，降低懸置壽命。因此最大程度地提高動力總成各個方向的振動解耦是動力總成懸置系統優化設計的關鍵。要提高某個方向上的解耦程度就是要提高該方向上廣義的能量分配所占系統總能量的百分比，使其值盡量接近[3]。本汽車平臺采用CAR_PMS_Desi_cal程序分析各動力總成懸模態情況如下表4所示，均滿足各動力總成懸置模態與解耦要求。

3.3.4 某平臺各工況懸置位移分析

懸置系統的工況是汽車在全生命周期內用到的或可能用到的使用工況，全球各大汽車公司均根據所銷售區域的路面，總結出各自的車輛行駛工況，以此作為設計依據。本公司采用通用汽車公司的28載荷工況來分析，計算動力總成運動包絡。動力總成位移量直接影響發動機艙其他零部件的設計及布置，為檢查各零部件間隙提供理論依據[4]。本汽車平臺應用CAR_PMS_Desi_cal程序，分析各動力總成懸置在28種工況下動力總成位移工況，各動力總成最大及最小位移量如表5所示。可以看出，各動力總成懸置28工況下動力總成位移控制均滿足設計要求。

3.3.5 某平臺懸置性能實車驗證

本汽車平臺搭載的動力總成懸置系統均進行了臺架驗證以及4萬公里乘用車結構耐久性試驗和5萬公里乘用車常規耐久性試驗，懸置系統均未發現斷裂及明顯的摩擦痕跡，各項性能指標均滿足要求。

表3 平臺懸置系統動靜剛度分析結果

表4 懸置模態與解耦

表5 懸置位移工況分析

4 結語

本汽車平臺上動力總成懸置系統的模塊化設計，實現了懸置系統元件最大化共用，且滿足不同動力總成的懸置系統在該平臺中的車身接口一致。該平臺的懸置系統模塊化設計滿足車型差異化的同時減少了零件數量，降低了設計、驗證等工作量，從而有助于企業降低產品的研發與制造成本、提高生產系統的適應能力和客戶響應速度。