某乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置異響問題解決方案

蔡其剛，張政山

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336；2.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

某乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置異響問題解決方案

蔡其剛1,2，張政山1

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336；2.合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

∶為了解決某乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置異響問題，給出了底盤關(guān)鍵部位連接點(diǎn)的力矩校核規(guī)范；采用理論分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,分析了后懸置異響與擰緊力矩、懸置支座剛度、被連接件的表面摩擦系數(shù)及整車運(yùn)動(dòng)載荷的關(guān)系,給出了后懸置異響的解決方案。結(jié)果表明:后懸置異響與多種因素有關(guān),合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、力矩設(shè)計(jì)及裝配工藝是保證整車良好品質(zhì)的前提。

∶異響；緊固力矩；夾緊力；剛度；副車架；發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.084

CLC NO.: U463.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-245-03

1、概述

1.1根據(jù)J.D.Power公司2015年最新調(diào)查研究顯示，中國市場(chǎng)中汽車客戶抱怨最多的IQS（新車質(zhì)量研究）問題之一就是不正常雜音（即異響）。車輛運(yùn)行過程中，異響的來源種類繁多，包括制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、換擋、啟動(dòng)、倒車、空調(diào)等各種操作中產(chǎn)生的異響。本文主要討論起步過程中所產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置異響。

1.2發(fā)動(dòng)機(jī)懸置作為發(fā)動(dòng)機(jī)與車身或副車架之間的過渡單元，其主要功能是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性力及力矩進(jìn)行解耦，同時(shí)隔振、降噪。本文討論的發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置與副車架之間的螺紋副連接為硬連接，按ISO5393規(guī)定，硬連接是在從緊配位轉(zhuǎn)動(dòng)緊固件約30°或小于30°時(shí)達(dá)到終結(jié)力矩的連接。通常情況下，材料、結(jié)構(gòu)、剛度、硬度對(duì)擰緊力矩起著決定性影響。在所有作用在擰緊的扭矩中，大約有10%的扭矩被夾緊力所消耗，剩下的90%的扭矩被用來克服整車運(yùn)動(dòng)過程中，摩擦力的影響。整車運(yùn)行過程中，保證各系統(tǒng)的功能穩(wěn)定發(fā)揮的主要前提之一就是螺紋副之間的可靠連接。

圖1　擰緊力矩的分配規(guī)則

2、問題來源

吉利公司某即將投產(chǎn)的乘用車，1.3T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)匹配6MT手動(dòng)變速器，三點(diǎn)懸置。主要問題為，車輛在運(yùn)行一定里程后，起步過程中，松手剎，踩離合，掛1檔或倒檔，快速踩油門，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)2000～3000rpm時(shí)，快速抬離合，會(huì)聽到一聲清晰的金屬撞擊聲。經(jīng)排查，異響來源于發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置與副車架連接點(diǎn)。

3、后懸置連接點(diǎn)設(shè)計(jì)分析

根據(jù)上述問題描述，初步判斷為后懸置與副車架之間的連接力矩松動(dòng)或者設(shè)計(jì)夾緊力不夠。為保證整車運(yùn)行的耐久可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)，該連接螺栓所產(chǎn)生的夾緊力必須能夠足以克服其所受外力的合力。

圖2　后懸置與副車架連接示意圖

3.1軸向夾緊力F′計(jì)算

根據(jù)公式T=KF′d，可以在規(guī)定緊固力矩情況下求得夾緊力

設(shè)計(jì)力矩T=180±20N.m

扭矩系數(shù)K=0.28(測(cè)量值)

螺栓直徑d=14mm

3.2支座變形力Fp計(jì)算

由于后懸置與副車架連接為間隙配合，最大間隙max= 0.7mm，為準(zhǔn)確獲取克服副車架變形所需加載力，可以采用CAE進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，由分析結(jié)果可知，該連接支座剛度為7668N/mm，換言之，消除支座變形所需力值Fp=5367.6N。

圖3　原狀態(tài)懸置支座靜剛度CAE分析結(jié)果

3.3最大軸向力Fz提取

由后懸置連接方式可以看出，其軸向?yàn)檎嘮向，根據(jù)懸置系統(tǒng)計(jì)算報(bào)告可知，后懸置Z向最大載荷發(fā)生在(Ver -tical-5g down&-3g lateral left loading)工況，F(xiàn)Z-MAX=6051N。如下表1。

表1　發(fā)動(dòng)機(jī)后懸置受力工況（部分）

3.4軸向預(yù)緊力F0計(jì)算

由上表1可以看出，后懸置X向最大載荷發(fā)生在(8KPH rear bumper)工況，F(xiàn)X-MAX=7097N。則軸向預(yù)緊力：

Kf:可靠性系數(shù)1.3 ，取值：1.1-1.3

m:結(jié)合面數(shù)

f: 結(jié)合面摩擦系數(shù)0.15， 取值：0.13～0.16

FX-MAX：被連接件受橫向最大外力

3.5小結(jié)

綜上，F(xiàn)max=FP+FZ-MAX+FO=5367.6+6051+30753.7= 42172.3N＞預(yù)緊力F′=40816.3N。可見，理論上，設(shè)計(jì)力矩不滿足整車動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)要求。隨著車輛運(yùn)行時(shí)間的加長，力矩逐漸衰退，夾緊力進(jìn)一步下降，最終導(dǎo)致異響發(fā)生。

4、影響后懸置點(diǎn)異響的主要因素

根據(jù)前述分析，后懸置支座剛度偏大或（和）后懸置支座與后懸置內(nèi)芯之間的摩擦系數(shù)偏小是導(dǎo)致異響產(chǎn)生的主要因素。

圖4　原狀態(tài)后懸置支座結(jié)構(gòu)

圖5　新方案后懸置支座結(jié)構(gòu)及其靜剛度CAE分析結(jié)果

鑒于前期工裝模具已經(jīng)開發(fā)完成，為此，在不需修模的前提下，將副車架下板孔徑由￠16增加至￠36（僅需更換模具沖頭），使得雙層板連接變?yōu)閱螌影暹B接。

更改后：副車架剛度由7668N/mm降低至6308N/mm，當(dāng)配合間隙max=0.7mm， 克服支座變形力Fp由5367.6N降低至4415.6N，此時(shí)，F(xiàn)max=FP+FZ-MAX+FO=4415.6+6051+30753.7= 40536.9N＜預(yù)緊力F′=40816.3N?？梢?，理論上，設(shè)計(jì)力矩滿足整車動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)要求。

5、驗(yàn)證效果

根據(jù)前述分析，將副車架下板孔徑通過鐳射切割后，實(shí)車驗(yàn)證，異響消除，同時(shí)，搭載底盤強(qiáng)化路試驗(yàn)證，未見變形開裂等故障，可靠性滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖6　手工改制方案

6、總結(jié)

針對(duì)底盤關(guān)鍵部位的螺紋副連接，在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

1）被連接件的尺寸精度控制（包括開檔尺寸、上/下連接孔位置度、同軸度）；

2）連接支座靜剛度的合理設(shè)計(jì)（同時(shí)需兼顧動(dòng)剛度對(duì)NVH的影響）；

3）螺栓螺母的端面及螺紋摩擦系數(shù)控制（建議控制在0.1～0.16，并在2D圖紙中體現(xiàn)）；

4）被連接件的漆膜厚度控制（厚度偏厚對(duì)扭矩影響很大，電泳漆建議控制在25μm左右）；

5）力矩的合理設(shè)計(jì)；

6）總裝車間裝配工藝的控制（推薦采用扭矩+轉(zhuǎn)角法）；

7）力矩復(fù)緊規(guī)范的編制及執(zhí)行。

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The solution of a passenger car engine mounting abnormal sound

Cai Qigang1,2, Zhang Zhengshan1

（1. Zhejiang geely automobile research institute CO. LTD, Zhejiang Ningbo 315336; 2. College of mechanical and automotive engineering, HeFei University of Technology, Anhui Hefei 230009）

In order to solve a passenger car engine mounting problem of the abnormal sound, To provide a specification of the chassis key parts connection point torque checked; Adopt the method of combining theoretical analysis and experimental research, the analysis of the engine mounting abnormal sound and tightening torque and subframe connected bracket stiffness, the fitting of surface friction coefficient and the relationship of the vehicle motion load, engine mounting abnormal sound solutions are given. The results show that the engine mounting abnormal sound is associated with a variety of factors, reasonable structure design and torque design and assembly process is the prerequisite of the vehicle in good quality.

abnormal sound; tightening torque; Clamping force; stiffness; subframe; engine mounting

∶U463.1

∶A

∶1671-7988 (2016)09-245-03

蔡其剛（1979—），男，工學(xué)學(xué)士，車輛工程碩士在讀，高級(jí)工程師，就職于浙江吉利汽車研究院有限公司。主要從事汽車懸架系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。