汽車動力總成懸置系統的設計理論研究

陳林奇

摘要：在振動系統當中，動力總成系統是重要的振動子系統，是由發動機、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動力總成系統是通過懸置元件連接在車架（底盤）上的。對懸置系統進行研究并做合理的優化，在完善系統隔振水平以及提升解耦能力有著非常重要的意義。

關鍵詞：動力總成;懸置系統;振動傳遞率

引言

在振動系統當中，動力總成系統是重要的振動子系統，是由發動機、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動力總成系統是通過懸置元件連接在車架（底盤）上的。對懸置系統進行研究并做合理的優化，在完善系統隔振水平以及提升解耦能力有著非常重要的意義。

一、動力總成懸置系統的假設

一般來說，動力總成懸置系統不是一個線性系統，而是有著許多零部件一起組合而成的，這也是十分繁雜的汽車振動系統當中的子系統之一。對于這樣的非線性系統而言，要對其進行減振性能的分析是十分困難的。因此，要對懸置系統進行一些合理假設：

（1）假設動力總成為絕對缸體構造;

（2）發動機在水平、垂直及其回轉方向上產生的振動互不干涉;

（3）發動機在旋轉上的角速度為一固定值。

以此為基礎，進而來分析懸置系統的主要振動源有：

（1）發動機由于上下運動，而產生的垂直方向振動;

（2）發動機自身繞橫軸而產生的振動;

（3）發動機由于回轉力矩的作用，所引起的振動。

二、動力總成懸置系統激勵形成的說明

經研究得出，影響汽車動力總成的振動的因素有許多，且各種因素的產生也十分多變。但是依據振動的主要來源，可分為以下幾種形式：

（1）因路面激勵而引起的激勵振動，頻率小于2.5Hz;

（2）因汽車忽然加減速造成的縱向振動，是汽車慣性力出現所導致的;

（3）因發動機剛性過低導致的彎曲振動;

（4）因各個氣缸受力不同所導致的振動，主要原因是氣缸燃燒不均而引發的;

（5）由于不平衡作用導致的簡諧運動;

（6）由于往復運動與不平衡回轉導致力和力矩的產生。

要滿足懸置系統的減振效果，必有兩個激振作用于動力總成之上，第一種是由路面較差的因素所引起的頻率較低的振動，這種振動的傳遞主要是通過懸架系統傳至動力總成來實現的。第二種激勵更為重要，雖然當今世界具有先進的制造工藝和合理的設計理念，但是動力總成在工作時自身會引發振動情況的現象仍然存在。第一種激勵源會產生較大的振動幅度，但是激勵的產生大多數都是屬于低頻范圍內的，總體上小于2.5Hz，因此可以說明發動機的主體振動激勵是由燃氣爆炸及曲軸的不平衡轉動在發動機氣缸內產生的往復扭矩激擾而產生的。

三、動力總成懸置系統的減振原理

由于6自由度汽車發動機內部的懸置系統特別復雜，其振動過程研究起來也繁瑣，因此便于研究，可以將懸置系統轉換為單自由度振動過程，其結構顯示在圖1中。

圖1 發動機懸置系統隔振過程

將發動機豎向所具有的激振力設為方程Feq=Fsin（ωt），方程中Fsin（ωt）用Fejwt表示，動力總成在激振力作用下產生的垂向位移用x表示，那么動力微分方程如下

由上述公式可得：

（1）當λ<1時，會產生較低的激振頻率，汽車幾乎保持靜止狀態。

（2）當λ=1時，為共振點，此點也可稱為系統的危險點，在這一點時系統產生的振幅會隨著阻尼比的輕微變動而發生較大的變動，具有相當大的破壞性，應盡可能避免此類情況的發生;

（3）當0.75<λ<時，為隔離區，傳遞率TR在此區域內大于1，在此區域內振動幅值較之前變化更大，這是在經過隔振處理之后的表現，所以這并沒有起到很好的隔振作用，因此在進行研究時必須避讓隔離區。

（4）當λ>時，是工作區域，在該區域內振動一般不大，而且不管阻尼值為多大，當阻尼比數值增加時，傳遞率會無限趨于0，達到良好的隔振效果。

所以目前可以研究出，考慮頻率范圍時，應盡量選取工作區內的頻率比值，選用合理的阻尼參數。

四、動力總成懸置系統彈性元件布置

目前駕駛員及乘客對汽車乘坐舒適性的要求越來越高，研究工作者多數都是將彈性元件直接安裝在車架結構上，從而降低振動所造成的影響。如果在彈性元件表面出現作用力，同時只會在力的產生方向上出現彈性位移，那么就可以將作用力方向稱作彈性主軸方向。就汽車動力總成懸置而言，屬于非常復雜的振動體系，系統的特性和系統的解耦程度是與懸置點的布置方式及個數有一定關系的。

（1）懸置點常用數量

目前，實車當中多數都運用三點式和四點式類型的懸置布置。

①三點式布置：由于該類型的布置能夠確定一個面，所以布置方式產生的影響不會因車架變動而發生變化，并且這種懸置具有空間需求小、結構簡單、設計簡單及固有頻率低等優點，被廣泛應用于實車當中。

②四點式布置：因四點式布置形式能更大范圍的抵抗作用力，所以會大大減小頻率的布置區間，這樣會造成不易避開低頻振動的結果，導致極其不理想的減振效果。

（2）懸置常用到的布置形式

在實際過程中，對彈性懸置體系進行設計時，通常都會將布置是否對稱規律放在考慮之列，目的在于避免布置形式不正確而導致系統發生耦合現象。圖2介紹了廣泛采用的懸置分布方式：

①平置式。如圖2（a）所示，結構相對不復雜、設計起來較為方便，不需要很高的裝配精度，在后置發動機布局上廣泛應用，且系統坐標軸x、y、z三軸方向與彈性主軸的三個方向相同，此布置方式固定可靠，并且具有良好的隔振效果。

②斜置式。如圖2（b）所示，如今被廣泛應用的一種布置方式，懸置元件成V型傾斜布置且左右對稱。較比平置式，這種布置方式更為復雜，此布置形式能把系統總成位移控制在很好的范圍內，且具有良好的橫側向剛度。

五、結語

對懸置系統的設計是目前整車降噪減振的重要研究領域，通過對動力總成懸置系統基本理論的研究，說明了橡膠懸置元件在動力總成懸置系統中的功用，并對減振的理論進行了系統的分析，可以將懸置系統進行優化結構設計，進而改善汽車的振動性能。

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