黃曉珍 宋建新 李家烽

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 530004

1 引言

模塊化設(shè)計(jì)就是把整車按功能分成獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊集成多個(gè)零件或總成，并且各個(gè)模塊之間的連接固定，裝配時(shí)以模塊為基礎(chǔ)。市場(chǎng)用戶的個(gè)性化需求促使汽車制造商不斷設(shè)計(jì)開發(fā)新車型，而模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用可以通過選用不同的零件或者總成得到變形的模塊，不同的變形模塊組裝有可以得到不同的變形車，這樣既可以節(jié)約成本，又可以提高客戶響應(yīng)速度。

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[1]。

圖1 懸置布置形式

表1 某平臺(tái)匹配的動(dòng)力總成

3 某平臺(tái)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

3.1 某平臺(tái)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)邊界條件

本文所研究的汽車平臺(tái)包括Car、MPV及SUV三種車型，共搭載1.2L、1.0T和1.5L三種發(fā)動(dòng)機(jī)，以及SH21M5、SH21M6、SH31M6B 和SH31M6 4種變速器。各車型與動(dòng)力總成的匹配關(guān)系如表1所示：

本平臺(tái)搭載的動(dòng)力總成均為前置前驅(qū)動(dòng)力，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)采用三點(diǎn)支撐布置形式，其中1.0T及1.5L右側(cè)Eng懸置為液壓懸置，其余為橡膠懸置。本平臺(tái)懸置布置形式如圖1所示。為了降低研發(fā)成本，提高效率，本平臺(tái)所有車型前車體大梁以及副車架為共用件。

3.2 某平臺(tái)懸置系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

3.2.1 某平臺(tái)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)模塊化策略

懸置系統(tǒng)元件最大化借用(現(xiàn)有車型）、共用(平臺(tái)內(nèi)），且滿足平臺(tái)內(nèi)與車架接口共用；統(tǒng)一考慮所有動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)性能，平衡動(dòng)力總成的配合與扭距軸線的關(guān)系，讓各懸置位置更靠近軸線，從而改善動(dòng)力總成所受外力、內(nèi)力向車身傳遞，提高汽車乘坐舒適性。

3.2.2 某平臺(tái)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

考慮到動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)元件最大化借用、共用，利用公司現(xiàn)有MPV車型的1.5L動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)作為基礎(chǔ)進(jìn)行布置研究。1.5L和1.0T動(dòng)力總成Eng懸置與現(xiàn)有MPV車型的1.5L動(dòng)力總成Eng懸置都為液壓懸置，可直接借用。將現(xiàn)有7座MPV配1.5L動(dòng)力總成及懸置放進(jìn)Car/MPV/SUV整車坐標(biāo)中，綜合考慮動(dòng)力總成1.5LB10T1.2/離地間隙、與副車架間隙、與前端模塊間隙、與前車體大梁間隙等因素，確定CarMPVSUV配1.5LB10T1.2L動(dòng)力總成及懸置在整車坐標(biāo)系下的位置。再根據(jù)各動(dòng)力總成的配合與扭距軸線的關(guān)系，微調(diào)動(dòng)力總成位置，優(yōu)化統(tǒng)一動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的位置。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，某汽車平臺(tái)所有車型的全部動(dòng)力總懸置系統(tǒng)與車架的接口一致，其中相同的動(dòng)力總成在整車坐標(biāo)是一致的，懸置系統(tǒng)是共用的。

某平臺(tái)動(dòng)力總成懸置借用現(xiàn)有7座MPV配1.5L懸置結(jié)果如表2與圖2所示。圖中綠色表示共用，黃色表示更改。

表2 某平臺(tái)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)共用情況

圖2 懸置系統(tǒng)元件共用圖

圖3 動(dòng)力總成TRA分析圖

3.3 某平臺(tái)懸置系統(tǒng)性能分析

3.3.1 某平臺(tái)懸置系統(tǒng)定位分析

本汽車平臺(tái)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是采用Powertrain_TRA_Compute程序計(jì)算TRA的空間位置，左邊Trans與右邊Eng懸置懸置中心連線在X方向上與TRA軸的距離要求不大于25mm。經(jīng)計(jì)算，在動(dòng)力總成質(zhì)心坐標(biāo)系下，各動(dòng)力總成（1.5LB10T1.2L）的點(diǎn)TRA_PT均位于TRA附近，滿足設(shè)計(jì)要求，如圖3所示。

3.3.2 某平臺(tái)懸置系統(tǒng)剛度分析

懸置的剛度有靜剛度和動(dòng)剛度。靜剛度是靜載荷下抵抗變形的能力，以結(jié)構(gòu)在靜載荷下的變形量衡量。K=F1-F2/S1-S2，式中：K-靜剛度，F(xiàn)-載荷；S-位移。動(dòng)剛度是動(dòng)載荷下抵抗變形的能力，以結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率衡量。KΦ=Aload/Adisp，式中： KΦ-動(dòng)剛度，Aload-動(dòng)態(tài)或動(dòng)態(tài)力矩的峰值。Adisp-動(dòng)態(tài)位移或動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)角的峰值。用動(dòng)靜剛度比來描述彈性緩沖件的動(dòng)態(tài)回彈性[2]。

本汽車平臺(tái)采用CAR_PMS_Desi_cal程序分析平臺(tái)匹配的各動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的剛度如表3所示。橡膠懸置的動(dòng)靜剛度比一般要求為1.4～1.6，液壓懸置的動(dòng)靜剛度比一般要求小于或等于2，各動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)均滿足動(dòng)靜剛度要求。

3.3.3 某平臺(tái)懸置模態(tài)分析

動(dòng)力總成在空間有3個(gè)方向平動(dòng)自由度和3個(gè)方向旋轉(zhuǎn)自由度，因此懸置系統(tǒng)相應(yīng)有6個(gè)模態(tài)（固有頻率）。通常懸置系統(tǒng)廣義坐標(biāo)上的任意激勵(lì)都會(huì)激起多個(gè)模態(tài)，導(dǎo)致動(dòng)力總成振幅加大、振動(dòng)頻率帶過寬，要想達(dá)到較好的隔振效果需要更軟的懸置元件，但這樣又會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力總成更大的位移，容易與周圍零件干涉，降低懸置壽命。因此最大程度地提高動(dòng)力總成各個(gè)方向的振動(dòng)解耦是動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。要提高某個(gè)方向上的解耦程度就是要提高該方向上廣義的能量分配所占系統(tǒng)總能量的百分比，使其值盡量接近[3]。本汽車平臺(tái)采用CAR_PMS_Desi_cal程序分析各動(dòng)力總成懸模態(tài)情況如下表4所示，均滿足各動(dòng)力總成懸置模態(tài)與解耦要求。

3.3.4 某平臺(tái)各工況懸置位移分析

懸置系統(tǒng)的工況是汽車在全生命周期內(nèi)用到的或可能用到的使用工況，全球各大汽車公司均根據(jù)所銷售區(qū)域的路面，總結(jié)出各自的車輛行駛工況，以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。本公司采用通用汽車公司的28載荷工況來分析，計(jì)算動(dòng)力總成運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。動(dòng)力總成位移量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)艙其他零部件的設(shè)計(jì)及布置，為檢查各零部件間隙提供理論依據(jù)[4]。本汽車平臺(tái)應(yīng)用CAR_PMS_Desi_cal程序，分析各動(dòng)力總成懸置在28種工況下動(dòng)力總成位移工況，各動(dòng)力總成最大及最小位移量如表5所示。可以看出，各動(dòng)力總成懸置28工況下動(dòng)力總成位移控制均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3.5 某平臺(tái)懸置性能實(shí)車驗(yàn)證

本汽車平臺(tái)搭載的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)均進(jìn)行了臺(tái)架驗(yàn)證以及4萬公里乘用車結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)和5萬公里乘用車常規(guī)耐久性試驗(yàn)，懸置系統(tǒng)均未發(fā)現(xiàn)斷裂及明顯的摩擦痕跡，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求。

表3 平臺(tái)懸置系統(tǒng)動(dòng)靜剛度分析結(jié)果

表4 懸置模態(tài)與解耦

表5 懸置位移工況分析

4 結(jié)語

本汽車平臺(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。