一種汽車懸置的設(shè)計(jì)

【摘? 要】隨著乘用車廣泛采用非承載式車身，通過彈性懸架裝置支承在車架上的懸架越來越重要，隨著使用者的需求的變化。懸置系統(tǒng)在動力總成與車身之間，對減輕動力總成的振動傳遞，阻礙結(jié)構(gòu)噪聲的傳輸起到了非常重要的作用。因此懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)初期進(jìn)行研究，擁有重要的意義。

本文對懸置系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算與分析。確定懸置系統(tǒng)的靜、動剛度。

1、分析計(jì)算懸置的質(zhì)心位移

2、確定懸置系統(tǒng)的固有頻率

3、根據(jù)需要設(shè)計(jì)懸置剛度

以此為主要依據(jù)設(shè)計(jì)輕型車輛的動力總成懸置系統(tǒng)

【關(guān)鍵詞】動力總成;剛度;固有頻率

隨著乘用車廣泛采用非承載式車身，通過彈性懸架裝置支承在車架上的懸架越來越重要，隨著使用者的需求的變化，懸置的功能要求也出現(xiàn)了變化。從原來的結(jié)構(gòu)要求改變?yōu)槭孢m要求。懸置系統(tǒng)在動力總成與車身之間，對減輕動力總成的振動傳遞，阻礙結(jié)構(gòu)噪聲的傳輸起到了非常重要的作用。因此懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)初期進(jìn)行研究，擁有重要的意義。

一、研究現(xiàn)狀

1.1國際現(xiàn)狀由于汽車工業(yè)起步較早，懸置系統(tǒng)的開發(fā)研究也較早起步。

2000年Taeseo jesong 和Rajen drasingh對懸置元件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)采用能量解耦法和扭矩軸法，成功進(jìn)行了懸置系統(tǒng)在多自由度上的能量解耦。

2008年Jae Yoel Park將非比例阻尼應(yīng)用到懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，產(chǎn)生了新的一種解決方案。

2010年Ali El Hafidi等在對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)中提出采用3種實(shí)驗(yàn)方法聯(lián)合采用降低動力總成的振動。其中包含減少剛度矩陣的非對角元素，扭矩軸理論和彈性中心理論。

總體而言，隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展國外學(xué)者對汽車懸置系統(tǒng)的研究持續(xù)了近百年。從簡單到復(fù)雜，從單一方法到計(jì)算機(jī)輔助下的多方法聯(lián)合采用，取得了豐碩的成果，并在快速發(fā)展的人工智能的輔助下，不斷探索更加優(yōu)化得到方案。

1.2國內(nèi)現(xiàn)狀

國內(nèi)由于歷史原因，汽車工業(yè)起步較晚。隨著國內(nèi)消費(fèi)者對汽車舒適性的要求，國、內(nèi)各界也在懸置系統(tǒng)上也投入越來越多的研究熱情。

2010年唐靜研究了帶阻尼的懸置系統(tǒng)的解耦方法，對動力總成懸置系統(tǒng)在曲軸坐標(biāo)系和扭矩軸坐標(biāo)系下解耦，取得了解耦優(yōu)化和峰值降低。

2012 陳大明建立了防扭拉缸的懸置系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型，并在路面激勵下對包含懸置系統(tǒng)的整車13自由度模型進(jìn)行振動分析。

1.3轎車的懸置的特點(diǎn)與需求

隨著乘用車廣泛采用非承載式車身，通過彈性懸架裝置支承在車架上的懸架越來越重要，隨著使用者的需求的變化，懸置的功能要求也出現(xiàn)了變化。從原來的結(jié)構(gòu)要求改變?yōu)槭孢m要求。懸置系統(tǒng)在動力總成與車身之間，對減輕動力總成的振動傳遞，限制動力總成的位移起到了非常重要的作用。因此懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)初期進(jìn)行研究，擁有重要的意義。

對懸置系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)合廠家需要，確定動力總成得位移范圍，設(shè)定懸置系統(tǒng)各個方向上的剛度。分析計(jì)算28種工況，得到各個工況下的性能參數(shù)，對方案進(jìn)行的驗(yàn)證，判斷設(shè)計(jì)是否合理并具有可行性等。

二、采取的技術(shù)方法

通過理論計(jì)算，進(jìn)行懸置系統(tǒng)布局分析，分析動力總成質(zhì)量特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)對應(yīng)懸置彈性中心位置，使得懸置結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。

2.1懸置模型分析

動力總成視為為剛體，車身作為靜止面對待;

懸置系統(tǒng)簡化為具有三個方向剛度的彈簧;

動力總成懸置系統(tǒng)模擬成六自由度剛體系統(tǒng)

1.建立以動力總成質(zhì)心為原點(diǎn)的整車坐標(biāo)系x，y，z以及以懸置彈性中心為原點(diǎn)的懸置坐標(biāo)系u，v，w

整車坐標(biāo)軸與懸置坐標(biāo)軸的夾角

懸置在3個方向上的剛度

在彈性形變下懸置的力與剛度與形變的關(guān)系為

質(zhì)心在6個方向上的位移矢量

為對應(yīng)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，也是速度矢量

為對應(yīng)時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)，也是加速度矢量

將系統(tǒng)的總勢能與總動能都采用變量形式表達(dá)，帶入拉格朗日方程對其求偏導(dǎo)。

為系統(tǒng)動能，為系統(tǒng)勢能，為耗散能，F(xiàn)為系統(tǒng)所受的廣義力

系統(tǒng)振動動能

動力總成系振動時(shí)的動能可以表現(xiàn)為下列式子

為動力總成中第i個微分質(zhì)量，為動力總成中第i個微分質(zhì)量相對于坐標(biāo)系的速度

采用多自由度運(yùn)動方程進(jìn)行分析，分析懸置運(yùn)動特點(diǎn)

[C]為阻尼矩陣，在無阻尼振動中為0

為載荷，當(dāng)處于自由振動的時(shí)候值為0

當(dāng)處于28種不同工況時(shí)，相應(yīng)代入

2、懸置分析模型

（1）質(zhì)量矩陣

慣性積：構(gòu)件中各質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)量單元的質(zhì)量與其到兩個相互垂直平面的距離之乘積的總和。完整地刻畫剛體繞通過定點(diǎn)任一軸的轉(zhuǎn)動慣量的大小

2.2剛度矩陣

懸置在3個方向上的剛度

轉(zhuǎn)換矩陣將每個懸置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到同一個主坐標(biāo)

懸置的坐標(biāo)

（2）固有頻率求解

在自由振動中，阻尼力為0，載荷為0

假定系統(tǒng)的全部動能只分配于這六個廣義坐標(biāo)上。這樣在第k個廣義坐標(biāo)上分配到的動能為：

在第k個廣義坐標(biāo)上的能量分布為：

綜上所述，汽車動力總成懸置系統(tǒng)是整車設(shè)計(jì)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)外已經(jīng)有一些較為成熟的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)，但是還有需要值得研究和改進(jìn)的部分。因此我們需要在繼續(xù)學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，晚上懸置設(shè)計(jì)理論，探索改進(jìn)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

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作者簡介：

胡宸琪 1988年生于浙江，男，漢族，本科學(xué)歷，講師，主要從事汽車結(jié)構(gòu)，汽車新技術(shù)方面的教學(xué)與研究。

（作者單位：上海市交通學(xué)校）