汽車動力總成懸置優化設計分析

佘振成 張露

摘 ?要：合理的汽車動力總成懸置系統可以降低汽車動力總成和車體的振動。從系統固有頻率配置及振動解耦角度分析懸置系統的振動特性;根據實際條件，以提高系統振動解耦率為目標，對動力總成懸置系統隔振性能進行優化設計，有效提高系統固有頻率配置合理性和系統振動解耦率，使系統的隔振特性有了較大提升，從而改善了系統的穩定性。

關鍵詞：動力總成;懸置系統

一、汽車動力總成懸置系統的作用

1、隔離振動

在發動機所有工作轉速范圍內，發動機產生的振動必須通過懸置系統加以隔離，盡可能降低傳給汽車底盤和車身的振動。同時，懸置系統還必須隔離由道路不平引起的車輪、懸掛系統的振動，防止這一振動向發動機傳遞，避免發動機振動加劇，以滿足車輛運行時的平穩性和舒適性，并保證怠速和停機時發動機的穩定性。

2、發動機支承和定位

在發動機本身振動和外界作用力驅動下，發動機和底盤之間必然存在著相對運動。所以懸置系統必須具有控制發動機相對運動和位移的功能。

3、保護發動機

車輛在行駛過程中承載著動態負荷和沖擊負荷，懸置系統應具有保護發動機的能力，防止發動機個別部位因承受過大的沖擊載荷而損壞。

4、發動機與底盤之間的連接

零件必須要有足夠的柔性 如：排氣管、進氣管、燃油管、冷卻水管、油門操縱機構及變速箱操縱機構等。如果他們的剛度較大，發動機的振動容易損壞這些零件，尤其在怠速停機、出現共振時。

5、懸置系統的零件必須具有足夠的強度和可靠性，在嚴重的沖擊負荷下應保證不發生損壞。

二、動力總成懸置系統的優化設計方法

1、動力總成懸置系統的解耦設計

通常動力總成懸置系統的六個自由度的振動是耦合的，這樣會導致動力總成懸置系統的振幅加大、振動頻帶過寬。因此在設計時懸置應盡量采用解耦形式布置。從理論上講，當前后懸置的彈性中心與動力總成的質心完全重合時，則懸置系統在六個方向的振動完全解耦。但由于受到整車布置等各種條件的制約，完全解耦難以實現，因此通常的做法是將與激振力有關的幾個主要振動方向的振動模態解耦，即部分解耦。解耦對于動力總成的隔振來說，是一種非常方便的措施。傳統的解耦方法主要是通過合理布置懸置系統的結構來實現的，其基本原則是以懸置系統的中心主慣性軸為坐標系來布置支承元件，以消 除慣性耦合;使橡膠懸置的彈性中心位于系統的扭矩軸上或質心處，消除彈性耦合。

2、打擊中心及機身一階彎曲振動問題

（1）打擊中心理論：對于直列式四缸發動機，當曲柄間隔為 180°時，各個汽缸存在著嚴重的二次不平衡慣性力，它將引起機組劇烈的縱搖振動。為解決這個問題，我們經常采用以下辦法。在確定前、后懸置的位置時，一般希望前懸置布置在發動機動力總成的一階彎曲模態的一個節點上，當前懸置的位置確定后，可用打擊中心理論來確定后懸置的位置。使得路面等輸入力給前懸置或后懸置施加沖擊力時，施加在前懸置的力不能傳到后懸置，而施加在后懸置的力也不能傳給前懸置，即前、后懸置所遭受到的沖擊不致相互影響，從而達到良好的隔振效應。

（2）機身一階彎曲振動問題：如今汽車發動機機組作為一個彈性體其一階彎曲振動的固有頻率并不是很高的，而功率強大的發動機在高頻段的激勵頻率卻是很豐富的，因此很有可能導致機身產生一階彎曲振動共振。在這種情況下如能將支承點安置在振型曲線的節點處，對于減輕隔振器的附加載荷是很有利的。

3、振動系統固有頻率的配置

固有頻率的配置是以動力總成系統的固有頻率的合理分配為目 標，以懸置參數為設計變量的優化方法。使系統的固有頻率得到合理的匹配且各振動模態盡量不重合，以便讓系統盡量避開共振區。根據振動理論，懸置系統的隔振設計主要從系統的固有頻率考慮。當系統的固有頻率和相應的擾動頻率相同時，振動系統將發生共振，此時相應振幅大大增加。對發動機而言，低頻范圍內其主要擾動力為繞曲軸方向的轉矩，當此擾動頻率和繞曲軸旋轉方向的固有頻率重合時，系統發生共振。通常使繞曲軸旋轉方向的固有頻率處于發動機正常 工作時的擾動頻率之外。同時，從整車各子系統的動力特性合理分配考慮，懸置系統的固有頻率還應避開其它子系統相應的振動頻率，如懸架、車身及車輪的振動頻率，以防由此引起發動機和其它子系統間的共振。所以，無論從發動機懸置系統還是汽車其它子系統的動力特性合理分配考慮，對發動機懸置系統的設計都必須從解耦和固有頻率的合理安排入手。

4、系統振動傳遞率或支承處響應力最小

懸置支承處響應力最小，是積極隔離振動的重要出發點。因為可能導致發動機動力總成產生平移或旋轉運動的力與力矩都是懸置支承處響應力的函數，響應力越小，說明其綜合隔振效果越好。對于發動機穩態工況的激勵，懸置支承處會產生與激勵頻率相同的交變響應力，這個交變響應力的幅值越小，說明懸置系統對該頻率的激勵力的隔振效果越好。所以設計中 應盡量降低振動傳遞率的大小，減少支承處響應力，以達到較為理想的隔振效果。

5、動力總成懸置系統的建模

動力總成懸置系統的振動是一個復雜的多自由度振動過程，在對動力總成的振動進行分析時，首先作以下假設：

1）支承動力總成的車架視為絕對剛體，質量為無限大高頻時，車架的彈性對系統的振動有一定影響，使隔振性能變壞;

2）力總成是個剛性塊動力總成懸置系統的固 有頻率在范圍，而把系統作為彈性體的最低模態頻率大約在以上，因此動力總成懸置系統只存在剛體模態;

3）考慮橡膠支承本身的質量;

4）膠懸置具有空間彈簧的性質，因此把每個橡膠支承簡化為沿空間三個軸有彈性的彈簧由于動力總成各個懸置位置的距離比起懸置本身 的尺寸要大得多，橡膠墊的扭轉彈性不明顯，常略去不計;

5）忽略橡膠懸置的阻尼橡膠的阻尼不大，且是小幅振動，所以不考慮其阻尼的作用。

結語

對發動機懸置參數進行優化，能夠實現懸置系統動態特性與整車動態特性的合理匹配，有效地控制發動機振動干擾力對汽車振動的影響，改善汽車乘坐舒適性。

參考文獻

[1] ?王科富;盧漢奎;陳樹勛;;柴油機汽車懸置系統優化設計[J];裝備制造技術;2012年11期

[2] ?胡金芳;計及彈性基礎的動力總成懸置系統特性分析與解耦研究[D];合肥工業大學;2012年