汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)布置研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器及附件等）與車架或車身之間彈性連接的系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)性能對(duì)整車的振動(dòng)噪音水平有重要影響，隨著廣大消費(fèi)者對(duì)整車舒適性要求的不斷提高，動(dòng)力總成的隔振設(shè)計(jì)為廣大汽車制造企業(yè)所重視，每套動(dòng)力總成的質(zhì)量特性不同，為達(dá)到最佳的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)性能，理想來(lái)說(shuō)應(yīng)為每一個(gè)動(dòng)力總成“量身打造”一套懸置系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì);動(dòng)力總成懸置系統(tǒng);剛度;模態(tài)

引言

本文論述了基于某平臺(tái)上動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了懸置系統(tǒng)元件最大化共用，且滿足不同動(dòng)力總成的懸置系統(tǒng)在該平臺(tái)中的車身接口一致。該平臺(tái)的懸置系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)滿足車型差異化的同時(shí)減少了零件數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等工作量，從而有助于企業(yè)降低產(chǎn)品的研發(fā)與制造成本、提高生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)能力和客戶響應(yīng)速度。

1動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)模型建立

1.1懸置系統(tǒng)六自由度動(dòng)力學(xué)模型

汽車動(dòng)力總成一般通過(guò)四點(diǎn)懸置固定到車架上，懸置軟墊采用橡膠材料并添加金屬片限位，因此可以看作具有三向剛度的彈性阻尼元件。懸置系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于動(dòng)力總成和車架彈性體的固有頻率，因此可以把動(dòng)力總成、車架簡(jiǎn)化為剛體，建立懸置系統(tǒng)的六自由度力學(xué)模型。文中所設(shè)計(jì)懸置系統(tǒng)采用四點(diǎn)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)上。

建立動(dòng)力總成坐標(biāo)系O-XYZ，O為動(dòng)力總成質(zhì)心，X軸平行于曲軸中心線由飛輪端指向風(fēng)扇端，Z軸豎直向上。則動(dòng)力總成的運(yùn)動(dòng)可以分解為沿X、Y、Z軸的平動(dòng)和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，共6個(gè)自由度，寫成廣義坐標(biāo)的形式，表示為

：

根據(jù)拉格朗日法，得到動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的六自由度振動(dòng)微分方程

式中：M為系統(tǒng)慣性矩陣;K為系統(tǒng)剛度矩陣。通過(guò)MATLAB軟件建立數(shù)學(xué)模型，即可求解出懸置系統(tǒng)的六階固有頻率及振型。

1.2能量解耦法模型

車輛行駛過(guò)程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的激勵(lì)力不通過(guò)質(zhì)心引起動(dòng)力總成在多個(gè)自由度上的振動(dòng)響應(yīng)，從而增加了懸置系統(tǒng)的振動(dòng)耦合，使其振動(dòng)幅值增大。因此降低懸置系統(tǒng)的振動(dòng)耦合，是提升整車舒適性的有效措施，工程應(yīng)用中主要關(guān)注Z向及θx向的解耦率，一般采用能量解耦法來(lái)評(píng)價(jià)。系統(tǒng)作第i階模態(tài)振動(dòng)時(shí)最大動(dòng)能為

式中：ωi為系統(tǒng)固有頻率，i=1，2，…，6;φi為系統(tǒng)振型向量，M為系統(tǒng)慣性矩陣。系統(tǒng)作第i階模態(tài)振動(dòng)時(shí)在第k個(gè)廣義坐標(biāo)上分配到得振動(dòng)能量為

因此，某自由度振動(dòng)能量的耦合情況可以量化表示為TP，該值越高說(shuō)明振動(dòng)耦合越嚴(yán)重。懸置設(shè)計(jì)中，通常采用能量解耦法進(jìn)行幾個(gè)關(guān)鍵方向上的解耦設(shè)計(jì)，即可獲得較好的減振效果。

2.動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)

汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成與車架或者車身之間的彈性連接系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)性能對(duì)整車的振動(dòng)噪音水平有重要影響，進(jìn)而影響汽車的舒適性。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)按動(dòng)力總成布置形式有橫置動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)及縱置動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)。本文研究的某汽車平臺(tái)匹配的多款動(dòng)力總成均為橫置前期前驅(qū)動(dòng)力。懸置點(diǎn)的數(shù)量以及其布置形式直接影響動(dòng)力總成振動(dòng)的固有特性及解耦情況。乘用車動(dòng)力總成一般有3～4個(gè)懸置元件，低端乘用車一般選用橡膠懸置，中高檔車型發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)一般選用液壓懸置。橫置懸置系統(tǒng)的布置形式一般分為左右懸置加防扭拉桿布置的三點(diǎn)支撐和左右懸置和前后懸置布置的四點(diǎn)支撐。左右懸置承載了動(dòng)力總成大部分的重量，防扭拉桿和前后懸置主要控制動(dòng)力總平成的扭矩波動(dòng)。懸置系統(tǒng)的隔振性能由每個(gè)懸置的性能及其組合后的特性確定。

3懸置元件數(shù)目

3.1三點(diǎn)式

三點(diǎn)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間少，安裝簡(jiǎn)易，同時(shí)具有很好的順從型，可以保持懸置系統(tǒng)能夠與車身結(jié)構(gòu)保持良好的安裝位置，不易受車身變形影響，但是穩(wěn)定性較差，容易因其中一點(diǎn)損壞，而影響整個(gè)懸置系統(tǒng)，因此受力較小，常用于小型汽車的動(dòng)力總成上。

3.2四點(diǎn)式

四點(diǎn)懸置穩(wěn)定性提高，單個(gè)零件的載荷力縮小，整體能承受更大的載荷，但是由于其支撐點(diǎn)的增多，對(duì)于汽車車身結(jié)構(gòu)，懸置安裝部位、尺寸、精度等提出了更高的要求，主要應(yīng)用于受力較大的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)和大型汽車中。

4懸置元件材料

4.1橡膠懸置元件

橡膠懸置材料主要分為天然橡膠和合成橡膠，天然橡膠其剛度和實(shí)用性較好，生產(chǎn)成本較低，但是容易氧化;聚丁二烯橡膠、氯丁橡膠、丁晴橡膠等材料耐油、耐熱、耐溫性都較為良好，但是彈性、穩(wěn)定性差。橡膠懸置元件有壓縮型、剪切型、傾斜型三種。壓縮型橡膠懸置比較適用于壓縮變形量大、剪切變形量小，質(zhì)量較大而激振力較小的動(dòng)力傳遞;剪切型正好相反，適用于質(zhì)量較小而激振力較大的動(dòng)力傳遞;傾斜型調(diào)節(jié)壓縮型和剪切型的壓縮變形和剪切變形，可以滿足質(zhì)量大且激振力大的動(dòng)力傳遞，但是受限于安裝空間。

4.2液壓懸置元件

在橡膠懸置材料無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的需求的情況下，液壓懸置的設(shè)想別提出，其動(dòng)剛度和阻尼同時(shí)具有頻變特性和幅變特性，能滿足不同頻率段的隔振要求。其根據(jù)控制方式的不同，可分為被動(dòng)式、半主動(dòng)式和主動(dòng)式三種類型。被動(dòng)式液壓懸置主要通過(guò)改變液體的流量進(jìn)而控制阻尼的大小，利用阻尼的可控性滿足各頻率振動(dòng)時(shí)的減振限位要求。半主動(dòng)控制式液壓懸置在被動(dòng)式的基礎(chǔ)上加入控制單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以半調(diào)控式地影響懸置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

主動(dòng)式液壓懸置即加入傳感器、制動(dòng)器、控制單元等部件，由傳感器接受振動(dòng)與控制反饋信息，制動(dòng)器產(chǎn)生一部分的動(dòng)態(tài)力和被動(dòng)式液壓懸置較大地抵消振動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的減震效果。半主動(dòng)控制式與主動(dòng)式液壓懸置因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本較高，所以未廣泛運(yùn)用于汽車懸置系統(tǒng)。現(xiàn)今懸置系統(tǒng)也已經(jīng)發(fā)展到電、磁流變液等先進(jìn)懸置發(fā)展，可控性越來(lái)越高，減振性能得到了進(jìn)一步的提高，提供給駕駛者和乘客更好的駕駛體驗(yàn)和