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【摘 要】發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的主要振動(dòng)激勵(lì)源之一，對汽車NVH特性有很大的影響。汽車NVH性能是衡量汽車品質(zhì)的一個(gè)綜合性能指標(biāo)，是汽車精品化過程中必須解決的關(guān)鍵問題。設(shè)計(jì)合理的汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)可以明顯地降低汽車動(dòng)力總成和車體的震動(dòng)。文章介紹發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振的影響因素和發(fā)動(dòng)機(jī)的激振頻率，以及發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)方法。對發(fā)動(dòng)機(jī)懸置布置結(jié)構(gòu)（三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)、四點(diǎn)平置式結(jié)構(gòu)、四點(diǎn)“V”形結(jié)構(gòu)）在成本、裝配工藝、平順性、一致性等方面進(jìn)行對比，分析對比各結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選型方法。

【關(guān)鍵詞】NVH；懸置隔振；admas；結(jié)構(gòu)選型

【中圖分類號】U463.33 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）12-0034-03

動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)作為汽車振動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng)，其振動(dòng)的傳遞特性對乘坐舒適性和整車NVH性能有很大的影響。汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成（包括發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱）與車架之間的彈性連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)激振到駕駛室的傳遞，影響整車的NVH性能。適當(dāng)懸置動(dòng)力總成系統(tǒng)懸置結(jié)構(gòu)形式、軟墊參數(shù)、布置位置，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)向駕駛室的傳遞，由此降低汽車整車的振動(dòng)和噪音水平，改善汽車的舒適性。本文介紹發(fā)動(dòng)機(jī)懸置隔振的影響因素和激振頻率，以及發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)方法，然后通過東風(fēng)柳州汽車有限公司實(shí)際開發(fā)的案例來論述發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)如何選型。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振的影響因素

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)主要用于隔振發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，我們希望發(fā)動(dòng)機(jī)傳給車架及底盤的激振盡可能地小，將發(fā)動(dòng)機(jī)總成（汽車動(dòng)力總成）作為一個(gè)空間剛體，則可把發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)簡化為一個(gè)彈性體。并且，只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的激振頻率和固有頻率大于1.414時(shí)，才有可能產(chǎn)生隔振效果。由于無法改變振源的激擾頻率，因此我們只能通過改變系統(tǒng)的固有頻率，使之避開激擾頻率而獲得隔振效果。懸置系統(tǒng)固有頻率主要受懸置系統(tǒng)的布置幾何位置、軟墊性能參數(shù)和選型結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)前懸零件一般裝配于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體前端，后懸零件一般裝配于飛輪殼或者變速箱上，布置幾何位置受制于周邊系統(tǒng)零件的影響，可變動(dòng)的范圍有限。在軟墊性能參數(shù)方面，降低發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊剛度，對平順性隔振有好處，但會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性差、相對位移大。軟墊的變形量大，在振動(dòng)中產(chǎn)生大的阻尼功使得橡膠發(fā)熱，壽命下降。因此，在匹配設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)初期，合理選擇懸置的布置結(jié)構(gòu)尤為重要。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)的激振頻率

如果發(fā)動(dòng)機(jī)直接固定在車架上，振動(dòng)和噪音將有直接傳播的途徑，而合理布置彈性隔振裝置，即可切斷振動(dòng)和噪音的通路。分析發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的激振力，可以幫助我們正確地布置和合理地懸置軟墊。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要激振是由氣缸體壓力變化而引起的扭轉(zhuǎn)脈動(dòng)（即點(diǎn)火頻率）及曲軸旋轉(zhuǎn)引起的1階振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火頻率f=發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/（發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)×沖程轉(zhuǎn)數(shù)）。例如：6缸機(jī)怠速700轉(zhuǎn)點(diǎn)火頻率35 Hz；4缸機(jī)700轉(zhuǎn)點(diǎn)火頻率23.3 Hz。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)

通常，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的六個(gè)自由度方向的振動(dòng)是耦合的，這樣不但給計(jì)算工作帶來麻煩，而且導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的振幅加大，振動(dòng)頻率范圍過寬。這時(shí)要想達(dá)到比較好的隔振效果，則需要使用更軟的懸置軟墊，這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)總成與周圍零部件之間有較大的相對位移，造成與周圍零部件相碰撞，破壞整車的平順性，同時(shí)軟墊的大位移，又使軟墊的應(yīng)變增大而影響其使用壽命。因此，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的設(shè)計(jì)都是朝著完全解耦或部分解耦的方向發(fā)展的。由于完全解耦難度較大，因此通常的做法是使幾個(gè)振動(dòng)模態(tài)獲得解耦。

傳統(tǒng)的解耦方法主要是通過巧妙地布置結(jié)構(gòu)來獲取的，基本原則是以懸置系統(tǒng)的中心主慣性軸為坐標(biāo)系來布置支承元件，以消除慣性耦合；使橡膠懸置的彈性中心位于系統(tǒng)的扭矩軸上或質(zhì)心處，消除彈性耦合。

從理論上講，如果懸置系統(tǒng)的彈性中心存在并能使之與發(fā)動(dòng)機(jī)總成的質(zhì)心重合[如圖1（a）所示]，則可使懸置系統(tǒng)在六個(gè)方向的振動(dòng)完全解耦。由于受整車布置的限制，實(shí)際上這種布置形式是難以實(shí)現(xiàn)的。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要激勵(lì)力只有垂直方向和扭轉(zhuǎn)方向，只要在這2個(gè)方向獲得近似解耦就可以了。如果前、后懸置的平面和扭矩軸垂直，并且前、后懸置的彈性中心均落在扭矩軸線上[如圖1（b）所示]，則可使發(fā)動(dòng)機(jī)在y方向的橫向振動(dòng)、z方向的垂直振動(dòng)和繞x軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)解耦。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)選型

發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置系統(tǒng)多采用三點(diǎn)或者四點(diǎn)結(jié)構(gòu)。一般在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端設(shè)置1個(gè)或者2個(gè)支撐點(diǎn)。在飛輪殼或者變速箱上放2個(gè)。三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)，不管汽車如何顛簸、跳動(dòng)，它總能保證各支點(diǎn)在一個(gè)平面上，大大地改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的受力情況。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)落裝便利，易于裝配。四點(diǎn)平置結(jié)構(gòu)安裝支點(diǎn)近似于在一個(gè)平面上，顛簸、跳動(dòng)有一定過約束，但是相對也較小。四點(diǎn)“V”形結(jié)構(gòu)安裝支點(diǎn)不在同一個(gè)平面上，汽車顛簸、跳動(dòng)，會(huì)存在過約束，發(fā)動(dòng)機(jī)受力會(huì)變差，并且零件各方面累計(jì)公差更大，導(dǎo)致車輛一致性差。在隔振方面，四點(diǎn)平置式結(jié)構(gòu)由于前懸遠(yuǎn)離扭矩軸，隔振效果稍差于四點(diǎn)“V”形結(jié)構(gòu)。三點(diǎn)懸置和前懸“V”形結(jié)構(gòu)，布置盡量靠近扭矩軸，可以達(dá)到很好的隔振效果。在成本方面，由于三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)零件多，且受制于布置空間限制，零件連接距離大，導(dǎo)致三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)懸置系統(tǒng)重量較重，零件數(shù)量多，零件成本高。表1為各結(jié)構(gòu)的分析對比。

懸置系統(tǒng)的隔振特性主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)形式、布置幾何位置，以及懸置軟墊的性能參數(shù)等特性。對懸置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理配置，以達(dá)到最大的減震和隔振效果。目前，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法就是通過優(yōu)化計(jì)算，合理設(shè)計(jì)懸置的剛度、布置和結(jié)構(gòu)形式，使整個(gè)懸置系統(tǒng)具有較高的振動(dòng)解耦程度，減少發(fā)動(dòng)機(jī)和車間的振動(dòng)傳遞。

下面介紹東風(fēng)柳州汽車有限公司匹配某四缸機(jī)總成懸置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型分析案例。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速為700轉(zhuǎn)/min，激振頻率為23.3 Hz。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振計(jì)算輸入?yún)?shù)，包含動(dòng)力總成參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊動(dòng)靜剛度、布置幾何位置及結(jié)構(gòu)。

（1）動(dòng)力總成參數(shù)包含轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、重量、重心參數(shù)，需要通過轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試儀測量獲取。動(dòng)力總成包含變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)總成，如果不好直接測量，總成參數(shù)可分別對變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)測量，然后通過admas對參數(shù)合成為總成參數(shù)。該動(dòng)力參數(shù)總成總質(zhì)量為743.59 kg，動(dòng)力總成重心為x=276.86，y=1.76，z=117.64，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及慣性積分別為Ixx=33.97，Iyy=147.39，Izz=137.43，Ixy=-1.16，Ixz=22.18，Iyz=-6.18。

（2）軟墊動(dòng)靜剛度根據(jù)軟墊本身特性、軟墊受力及運(yùn)用admas隔振計(jì)算合理選擇，可通過軟墊壓縮量不超過8 mm的原則，以及運(yùn)用admas軟件在不同剛度下計(jì)算解耦以及固有頻率進(jìn)行選取。動(dòng)靜比需要根據(jù)軟墊廠家的制造能力制造，目前一般動(dòng)靜比要求為1.4。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)懸置布置幾何位置需要根據(jù)解耦設(shè)計(jì)原理，在滿足布置需求的前提下，彈性支點(diǎn)盡量靠近扭轉(zhuǎn)軸（如圖2所示）。前懸后懸彈性中心位置需要盡量靠近主扭矩軸。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)分別采用三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)、四點(diǎn)平置式結(jié)構(gòu)、四點(diǎn)“V”形結(jié)構(gòu)。前懸布置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體前端部位，后懸布置于飛輪殼上。

獲取了上述參數(shù)后，通過admas隔振分析軟件計(jì)算，可輸出固有頻率和解耦率、軟墊受力、壓縮變形等參數(shù)。圖3所示為采用三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)，前懸剛度為x=83，y=81，z=504，后懸剛度x=575，y=125，z=287，Rx向固有頻率為9.8 Hz，預(yù)計(jì)隔振率為77.16%。

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)分別采用三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)、四點(diǎn)平置式結(jié)構(gòu)、四點(diǎn)“V”形結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔振計(jì)算。圖4為各個(gè)結(jié)構(gòu)采用不同剛度，運(yùn)用amdas分析軟件，計(jì)算出來的結(jié)果。預(yù)計(jì)隔振率為根據(jù)z向或者Rx向最大固有頻率換算對應(yīng)的隔振率。

通過計(jì)算分析，四點(diǎn)“V”形結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)隔振率為67.54%，四點(diǎn)平置式結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)最大隔振率為66.63%，三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)最大隔振率為77.16%。采用三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)隔振方面最優(yōu)。而且，三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)落裝便利，易于裝配。三個(gè)安裝支點(diǎn)共面，一致性及受力方面較好。但是三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)受制于布置空間限制，零件連接距離大，導(dǎo)致系統(tǒng)重量較重，零件數(shù)量多。通過綜合分析，雖然三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)成本較高，但為使得車輛得到最佳的隔振性能，提高車間裝配人員的便利性，提高產(chǎn)品的一致性及車輛的可靠性，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用三點(diǎn)懸置結(jié)構(gòu)方案。

5 結(jié)語

汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇影響到整車的NVH性能、可靠性、生產(chǎn)的制造成本、生產(chǎn)裝配便利性及產(chǎn)品的一致性。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要在滿足可靠性、布置要求的前提下，盡量采用裝配便利、生產(chǎn)一致性好、隔振性能較優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。通過合理選取發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊剛度，軟墊布置幾何位置盡量靠近扭轉(zhuǎn)軸等原則，通過隔振解耦計(jì)算，分析對比各方案的固有頻率及解耦率，綜合各方面因素，最終決定發(fā)動(dòng)機(jī)懸置采用何種結(jié)構(gòu)形式。

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]