汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)布置研究

蔣孫權(quán)

摘 要：以提高汽車舒適性與NVH性能為出發(fā)點(diǎn)，簡(jiǎn)述汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振原理，研究懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、布置數(shù)目、布置方式等相關(guān)參數(shù)，分析這些因素對(duì)汽車懸置系統(tǒng)的影響。研究表明，不同的動(dòng)力總成、車身結(jié)構(gòu)的汽車對(duì)于懸置系統(tǒng)的要求不同，影響后期的優(yōu)化分析與解耦設(shè)計(jì)，因此需根據(jù)不同車型選擇不同的懸置系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成；懸置數(shù)目；懸置布置

Abstract：In order to improve the car comfort and NVH performance，the principle of vibration isolation of the automotive powertrain mounting system is briefly described，and the related parameters such as the structural form，structural parameters，layout number，and layout of the suspension system are studied，and these factors are analyzed for the impact of the car suspension system.Research have shown that different powertrains mounting system and cars body structure have different requirements for the suspension system，affecting later optimization analysis and decoupling design.Therefore，different suspension systems must be selected according to different car models.

Key words：powertrains mounting system； suspension number； suspension layouted

隨著汽車市場(chǎng)、汽車技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，對(duì)汽車的舒適性和NVH（Noise、Vibration、Harshness）特性的要求也越來(lái)越高。動(dòng)力總成是傳統(tǒng)汽車和新能源汽車最主要的激振源，對(duì)汽車的NVH性能有著至關(guān)重要的影響。設(shè)計(jì)合理的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是解決汽車振動(dòng)和噪聲，提高汽車舒適性和NVH性能，最為直接的方法。通過對(duì)懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)參數(shù)、布置方式等進(jìn)行研究，可以很好地降低動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)，改善汽車的舒適性。[1]本文主要通過對(duì)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的元件材料、特性、布置方式等情況進(jìn)行分析比較，為懸置系統(tǒng)的后續(xù)優(yōu)化研究提供基礎(chǔ)技術(shù)支持。

1 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振原理

假設(shè)隔振系統(tǒng)為單自由度系統(tǒng)隔振，[2]動(dòng)力總成近似于激振力ft=F0sinωt，在其作用力下，發(fā)動(dòng)機(jī)作垂直振動(dòng)，建立動(dòng)力微分方程。等式分析求解后，可得不同阻尼系數(shù)下的傳遞率TA與頻率比λ的函數(shù)，曲線圖如圖1所示，單自由度系統(tǒng)的傳遞率TA為實(shí)際傳遞力FT與發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力F0之比。

從圖中可知，λ< 2時(shí)，系統(tǒng)的傳遞率大于1，隔振后的力比發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的激振力更大，因此不利于隔振，不可取。λ> 2時(shí)隨著λ不斷增大，傳遞率下降，隔振效果明顯，效果較好。因此，懸置系統(tǒng)的隔振選取必須落在λ> 2的工作區(qū)內(nèi)。

圖1 不同阻尼下的傳遞率變化曲線

2 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)元件布置

動(dòng)力總成懸置主要進(jìn)行隔振、支承和限位等工作，懸置元件越軟可以承受更多的振動(dòng)，越硬可以限制動(dòng)力總成的移動(dòng)和扭動(dòng)，因此兩者相互矛盾，所以對(duì)于懸置元件材料、布置數(shù)目、布置方式等選取，是非常重要的，也是所有后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、分析、研究的立足點(diǎn)。

2.1 懸置元件材料

（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。[3]

橡膠懸置元件有壓縮型、剪切型、傾斜型三種，如圖2（a）、（b）、（c）所示。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。

（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。[4]被動(dòng)式液壓懸置主要通過改變液體的流量進(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)?，F(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)和乘坐體驗(yàn)，相信越來(lái)懸置裝置會(huì)向著主動(dòng)控制方向發(fā)展。

2.2 懸置元件數(shù)目

汽車車輛動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)通常為三到五個(gè)懸置元件，懸置元件材料可自由組織搭配。[5]

（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。如圖2（a）所示。

（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。如圖2（b）所示。

（3）五點(diǎn)式。五點(diǎn)式較三點(diǎn)式和四點(diǎn)式，增加了懸置系統(tǒng)的支撐點(diǎn)，使得系統(tǒng)可以承受更大的載荷和扭矩，因此運(yùn)用于支撐大尺寸、大重量的動(dòng)力總成；但是由于其為過約束，因此支撐點(diǎn)剛度不宜過大，容易影響車身和動(dòng)力總成的形體。[6]

懸置點(diǎn)的布置一般為三點(diǎn)式、四點(diǎn)式、五點(diǎn)式三種，而六點(diǎn)式主要運(yùn)用在某些重型的固定的發(fā)動(dòng)機(jī)組上。懸置點(diǎn)的增多可以承受更重、更大型的動(dòng)力總成，但是由于懸置點(diǎn)的增多勢(shì)必影響整體結(jié)構(gòu)的安裝和受力均衡性，影響車身結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重變形，因此兩者有一定的矛盾性。懸置點(diǎn)的數(shù)目應(yīng)結(jié)合材料與位置進(jìn)行綜合考慮，結(jié)合隔振要求等因素優(yōu)化分析設(shè)計(jì)。

2.3 布置形式

根據(jù)懸置的剛度軸線和相對(duì)坐標(biāo)軸的位置關(guān)系，懸置系統(tǒng)的布置方式主要有以下三種：[7]

（1）平置式。布置式最為簡(jiǎn)易，其每個(gè)彈性支撐點(diǎn)的方向皆平行于坐標(biāo)軸，控制簡(jiǎn)單、安裝方便、布局簡(jiǎn)單，但難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)橫向能量的解耦。如圖3（a）所示。

（2）斜置式。斜置式又稱“V”型布置。這是汽車現(xiàn)在布置最為廣泛的布置方式，其中一個(gè)方向與坐標(biāo)軸平行，另兩個(gè)方向與坐標(biāo)軸成同一個(gè)角度。其具有較低的彈性中心，較強(qiáng)的橫向剛度，可適當(dāng)傾斜，利于系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)。如圖3（b）所示。

（3）會(huì)聚式。會(huì)聚式要求所有方向均相交于一點(diǎn)。穩(wěn)定性較平置式、斜置式均有提高，可以通過調(diào)節(jié)安裝位置和傾角獲得完全獨(dú)立的振動(dòng)模態(tài)。但是其受限于支撐點(diǎn)的空間布置與安裝精度，所有有一定的局限性，因此應(yīng)用不廣泛。

因此懸置的布置方式也與動(dòng)力總成的重量、大小、安裝簡(jiǎn)易度存在一定的聯(lián)系，需要綜合考慮懸置的安裝、支撐力平衡性、車身的結(jié)構(gòu)等因素，并未后期的研究分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)的解耦提供一定的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

本文對(duì)汽車動(dòng)力總成懸置裝置研究分析，針對(duì)懸置元件材料、安裝數(shù)目、位置三個(gè)方面進(jìn)行比較分析，可得懸置元件的選材主要為了獲得更好的阻尼減振性，安裝數(shù)目考慮到車身的支撐平衡性和安裝簡(jiǎn)易，安裝位置涉及的是懸置系統(tǒng)更好地提供彈性支承、剛度，利于系統(tǒng)解耦設(shè)計(jì)，因此三者應(yīng)該根據(jù)研究車型的動(dòng)力總成和車身結(jié)構(gòu)等因素對(duì)懸置系統(tǒng)的元件進(jìn)行綜合考慮、分析、研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉貴平.純電動(dòng)微型客車懸置系統(tǒng)對(duì)車內(nèi)NVH性能影響分析[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2017：62.

[2]孔振海.柴電混合動(dòng)力客車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的隔振分析與優(yōu)化[D].南京理工大學(xué)，2013：66.

[3]黃家銘.中型純電動(dòng)客車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].江蘇大學(xué)，2016：89.

[4]韋小田.純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].重慶大學(xué)，2015：106.

[5]張小紅.動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)仿真分析、優(yōu)化和設(shè)計(jì)流程[D].吉林大學(xué)，2012：72.

[6]陳齊.發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的模擬仿真與優(yōu)化[D].中北大學(xué)，2014：83.

[7]趙塹.純電動(dòng)汽車動(dòng)力懸置系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].武漢理工大學(xué)，2012：62.

基金項(xiàng)目：浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院2017年院級(jí)一般科研項(xiàng)目：“汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化研究” （KY201719）