某新型動力總成抗扭懸置設(shè)計及仿真分析

蘇少博，吳鵬，劉艷華

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某新型動力總成抗扭懸置設(shè)計及仿真分析

蘇少博，吳鵬，劉艷華

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110000）

在商用車，皮卡，輕重型客車及大型工程車輛上多采用縱置動力總成，其扭矩質(zhì)量較大，且柴油車輛居多，工作過程較為粗暴，在工作過程中振動較大，點熄火及扭矩突變的工況抖動振幅及余振都極為明顯，是當(dāng)今車輛的一個亟待解決的問題，文章主要以點熄火抖動大作為出發(fā)點進行問題的分析歸納及優(yōu)化方向作為研究方向，提出了新型懸置的設(shè)計理念及其對應(yīng)的解耦結(jié)果對比分析及結(jié)論的驗證，從而達到一個針對該問題的解決方案及思路。

懸置系統(tǒng)；縱置；解耦計算；抗扭擺；Adams

前言

在動力總成懸置系統(tǒng)領(lǐng)域中，縱置發(fā)動機時常較多的應(yīng)用在商用車，皮卡，輕重型客車及大型工程車輛上，以便獲得較為滿意的動力輸出與幾何空間布置。因此縱置的動力總成相對其他乘用車質(zhì)量及慣量較大，且需求的扭矩也相對較高，大多為柴油機，工作暴躁，匹配的變速器速比變化較大，常常會出現(xiàn)在較多工況下的抖動與沖擊，直接造成駕駛員及乘客的明顯振感，尤其是在該類型車輛點熄火大扭矩變化時尤為明顯，且余振較多。長此以往對橡膠懸置及金屬骨架的壽命也都會產(chǎn)生危害，該問題亟待解決。

1 傳統(tǒng)縱置動力總成的懸置設(shè)計計算分析

1.1 實際車輛中影響車輛抖動的因素分析

目前傳統(tǒng)縱置動力總成的懸置結(jié)構(gòu)一般為發(fā)動機左右懸置采用矩形懸置和變速器懸置的三點布置形式：根據(jù)不同車型的需要后懸置采用襯套吊裝式，或者剪切型懸置托舉式，作用都是大相徑庭的，本研究以襯套型為例，經(jīng)過針對多個縱置動力總成項目的歸納與分析，對于車輛的抖動問題得出以下推論：

a.布置角度：

懸置的布置角度直接影響到懸置的解耦和剛度分解機懸置系統(tǒng)頻率的分布從而影響對總成抖動（晃動）頻次的抑制和大小

b.設(shè)計剛度：

剛度設(shè)計影響的主要方面可以從靜剛度的支撐合理性及動剛度的大小對

c.懸置曲線：

懸置曲線設(shè)計的不合理，導(dǎo)致的動力總成晃動量較大或者沖擊過大不能有效抑制。

圖1 傳統(tǒng)縱置發(fā)動機懸置布置示意圖

1.2 傳統(tǒng)懸置結(jié)構(gòu)的計算仿真分析

對傳統(tǒng)懸置系統(tǒng)進行振動分析，本文采用Adams建模分析方法對其展開。

設(shè)計計算輸入：

表1 動力總成質(zhì)心位置

表2 動力總成質(zhì)量慣量

表3 懸置動靜剛度參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)有的動力總成設(shè)計數(shù)據(jù)硬點位置及設(shè)計參數(shù)，在Adams_View模塊下搭建動力總成振動分析動力學(xué)模型。

首先導(dǎo)入等效的動力總成模型，建立相關(guān)硬點，使用Bushing力單元代替懸置連接總成與大地建立6自由度振動分析模型，依據(jù)上述參數(shù)鍵入動力總成和懸置襯套的信息，調(diào)整懸置布置角度，后利用Adams_Vibration模塊進行仿真。

圖2 傳統(tǒng)懸置系統(tǒng)動力學(xué)振動分析模型

仿真結(jié)果整理如下：

表4 動力總成解耦率&頻率

2 抗扭結(jié)構(gòu)的縱置動力總成懸置的設(shè)計計算分析

2.1 設(shè)計方向制定及結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)之前對于動力總成異常抖動和振動的引發(fā)因素的推論及模型仿真結(jié)果的分析得出，動力總成Lateral方向懸置剛度較低，經(jīng)分析主要是后懸置的該方向剛度較低導(dǎo)致動力總成Lateral模態(tài)9.54Hz，繞曲軸roll的頻率較低只有5.64Hz，結(jié)合實際測試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)重要的振動出現(xiàn)在變速器尾部，與分析結(jié)論相符合，故接下來對變速器懸置進行優(yōu)化設(shè)計，主要對其Y向剛度進行調(diào)整優(yōu)化設(shè)計，如下圖。

圖2 新型抗扭變速器懸置示意圖

圖3 新型抗扭變速器懸置示意圖

為了增加lateral向的抑制能力，只有增加其向剛度，和更改設(shè)計曲線將線性區(qū)間變短來縮短總成的在點熄火扭矩超調(diào)時的位移量。利用現(xiàn)有襯套的結(jié)構(gòu)，其軸向（u向）剛度較低但徑向（v向）剛度較高，故將懸置襯套橫置，橫采用三個相同襯套聯(lián)合提供剛度，當(dāng)然在此結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)恼{(diào)整懸置襯套的布置角度可以增加抗扭的作用，同時將基于之前變速器懸置的主方向（整車Bounce向）剛度進行設(shè)計新懸置結(jié)構(gòu)，將剛度進行拆分，由于靜剛度的降低，其對應(yīng)的橡膠硬度也會降低，動靜比也會隨之降低，故動剛度也會有明顯下降的趨勢。K總sfz=240N/mm，K總dyz=340N/mm，令K1sfZ/K2sfZ/K3sfZ分別為：中心抗扭襯套GearBox_Mid，左抗扭襯套GearBox_LHM，右抗扭襯套GearBox_RHM的靜剛度，且K總sfz=K1sfZ+K2sfZ+K3sfZ= 240N/mm，令K1sfZ = 80N/mm；K2sfZ=80N/mm；K3sfZ=80N/mm，當(dāng)剛度被分為若干個剛度并聯(lián)時，總設(shè)計剛度基本不變前提下。由于剛度的被分散，各個懸置在結(jié)構(gòu)，橡膠配方系列不變化的條件下，剛度降低，其硬度降低，根據(jù)項目經(jīng)驗原剛度大致需要采用硬度60sh A，其動靜比為1.7左右，而降低剛度以后硬度分別只需要44shA，隨即動靜比將為1.2。將動剛度降低后可以解決車身的安裝點動剛度低的通病，改變車身跟懸置動剛度的比值進而加強隔振性能。

圖4

2.2 新抗扭懸置結(jié)構(gòu)的計算仿真分析

對新抗扭懸置系統(tǒng)進行振動分析仍采用Adams建模分析方法對其展開，保證分析的一致性。

設(shè)計計算輸入上發(fā)動機左右懸置的設(shè)計參數(shù)變化，只有變速器懸置做參數(shù)調(diào)整如下：

表5 變速器懸置襯套硬點參數(shù)

表6 懸置動靜剛度參數(shù)

Adams_View模塊下搭建動力總成振動分析動力學(xué)模型。如下圖

圖4 新型懸置系統(tǒng)動力學(xué)振動分析模型

仿真結(jié)果整理如下：

表4 動力總成解耦率&頻率

3 結(jié)果對比分析

經(jīng)對比可以從兩個大方面得到如下結(jié)果。

懸置系統(tǒng)的變速器懸置經(jīng)過重新設(shè)計結(jié)構(gòu)且剛度優(yōu)化后其Lateral向剛度產(chǎn)生明顯提升，襯套的剛度曲線設(shè)計線性區(qū)間較短可以對其晃動進行有效地控制，優(yōu)化前和優(yōu)化后的結(jié)果如下，熄火抖動lateral向抑制較為明顯。

圖5 座椅導(dǎo)軌上Lateral向的點熄火振動情況

優(yōu)化后，其lateral頻率有0.5Hz的升高變化，roll方向為主要方向其頻率提升較為明顯為1.5Hz左右，整體的頻率間隔滿足設(shè)計要求。實車表現(xiàn)及客觀測試驗證基本解決了其點熄火抖動達到問題，亦滿足其駕駛過程的晃動現(xiàn)象。懸置系統(tǒng)解耦率有所提升，變速器懸置的動剛度降低，均對懸置NVH有改善。

4 結(jié)論

縱置動力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計時需要著重考慮變速器懸置的剛度匹配，尤其是Y向剛度的設(shè)計合理性直接影響懸置的抖動問題。

新的抗扭懸置結(jié)構(gòu)可以有效的提升lateral向剛度及頻率，有效的提升roll頻率（主方向），進而控制動力總成的剛體模態(tài)，剛度的提升對變速點熄火時的抖動控制也更加有效。

[1] 郭榮,章桐.汽車動力總成懸置系統(tǒng).同濟大學(xué)出版社,2013.

[2] 陳軍.MSC.ADAMS技術(shù)與工程分析實例.中國水利水電出版社.

Analysis and simulation of longitudinal powertrain antitorque mount system

Su Shaobo, Wu Peng, Liu Yanhua

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110000）

Longitudinal powertrain is widely used in commercial vehicles, pickup trucks, light and heavy passenger cars and large construction vehicles. Its torque quality is high, and diesel vehicles are the majority, the working process is rough, and the vibration in the working process is large, the jitter amplitude and aftershock of the working condition of ignition quenching and sudden change of torque are very obvious. It is a modern vehicle. In this paper, the design concept of the new suspension and the corresponding decoupling results are compared and analyzed, and the conclusions are verified, so as to achieve a solution and ideas for this problem.

Mount system; longitudinal; Decoupling calcaulation;Antitorque;Adams

A

1671-7988(2018)22-191-03

U462

A

1671-7988(2018)22-191-03

U462

蘇少博，就職于華晨汽車工程研究院，工程師，本科，研究方向為懸置設(shè)計開發(fā)及底盤調(diào)校。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.068