梁小剛

摘 要：某4×2輕卡車(chē)在使用過(guò)程中，車(chē)輛出現(xiàn)左右后視鏡、前保險(xiǎn)杠、腳踏板等零部件抖動(dòng)，造成客戶駕乘舒適性差，引起客戶抱怨。針對(duì)該問(wèn)題通過(guò)對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化，在改進(jìn)后的車(chē)輛上跟蹤驗(yàn)證，未再出現(xiàn)上述問(wèn)題。本文通過(guò)介紹輕卡車(chē)輛動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)故障分析及優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)日后產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：輕卡 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng) 零部件抖動(dòng) 優(yōu)化改進(jìn)

Fault Analysis and improvement of light truck powertrain mounting system

Liang Xiaogang

Abstract：During the use of a 4×2 light truck， parts and components such as left and right rear view mirrors， front bumper and pedals of the vehicle jitter， resulting in poor driving comfort and customer complaints. In view of this problem， the powertrain mounting system is optimized and tracked on the improved vehicle， and the above problems do not occur again. This paper introduces the fault analysis and optimization improvement of light truck powertrain mounting system， which has guiding significance for product design and development in the future.

Key words：Light Truck， engine mounting system， parts shaking， optimization improvement

1 引言

引起車(chē)輛振動(dòng)的激勵(lì)源主要包括兩個(gè)方面：一個(gè)是汽車(chē)行駛時(shí)不平的路面造成車(chē)輛顛簸，另一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作時(shí)產(chǎn)生的慣性力和力矩。目前，隨著道路平整度的提高和懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)的提高，來(lái)自路面不平整造成車(chē)輛抖動(dòng)的情況逐漸減少。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的激勵(lì)對(duì)汽車(chē)振動(dòng)的影響就顯得尤為突出。通過(guò)合理地匹配動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，可以減少其振動(dòng)向車(chē)架和駕駛室的傳遞，從而提高整車(chē)的行駛平順性和舒適性。

動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱組成的動(dòng)力總成、懸置軟墊、懸置支架等零件組成，它主要有支承限位、隔離振動(dòng)、保護(hù)動(dòng)力總成和平衡傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生反作用力的作用。動(dòng)力總成懸置是一個(gè)支承、限位元件，它能在所有工況下承受動(dòng)、靜載荷，并使發(fā)動(dòng)機(jī)總成在不同方向上的位移處于合適的范圍內(nèi)，使其不至于產(chǎn)生過(guò)大的靜位移而與底盤(pán)上其它零部件發(fā)生干涉。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置是底盤(pán)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的連接件，它應(yīng)具有良好的隔振作用，起到雙重隔振的作用。如何讓動(dòng)力總成懸置合理匹配，是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。某輕卡動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)示意圖。

如圖1所示

2 懸置系統(tǒng)故障及原因分析

2.1 懸置系統(tǒng)故障現(xiàn)象

某4×2輕卡車(chē)在使用過(guò)程中，客戶反饋車(chē)輛在怠速情況下抖動(dòng)嚴(yán)重的故障，主要表現(xiàn)為在怠速800rpm時(shí)，左、右后視鏡抖動(dòng)，影響駕駛員倒車(chē)時(shí)觀看后方影像。另外，底盤(pán)上的保險(xiǎn)杠、腳踏板支架、膨脹水箱支架均有抖動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 故障原因分析

該款車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)為直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，縱置布置在駕駛室艙里，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置采用的是A+D結(jié)構(gòu)（A：發(fā)動(dòng)機(jī)前端，D），屬于常規(guī)輕卡車(chē)輛布置狀態(tài)。對(duì)于直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，它的主要激勵(lì)是低速區(qū)段的二階扭矩波動(dòng)和高速區(qū)段的二階慣性力。動(dòng)力總成在空間的運(yùn)動(dòng)中有六個(gè)自由度，即通過(guò)質(zhì)心三個(gè)坐標(biāo)軸的平動(dòng)和繞此三個(gè)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2所示。因此動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)有六個(gè)振動(dòng)模式，相應(yīng)有六個(gè)固有頻率。

車(chē)輛產(chǎn)生抖動(dòng)情況，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，通過(guò)前后懸置軟墊傳遞給車(chē)架，車(chē)架再通過(guò)駕駛室懸置傳遞給駕駛室，還會(huì)傳遞給底盤(pán)上的零部件。當(dāng)隔振效果不好，大量的振動(dòng)會(huì)傳遞給車(chē)架，當(dāng)車(chē)架的固有頻率和動(dòng)力輸出的激勵(lì)相同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)。針對(duì)該款車(chē)輛出現(xiàn)的抖動(dòng)問(wèn)題，按照如下步驟開(kāi)展原因分析：

2.2.1 對(duì)動(dòng)力總成懸置進(jìn)行CAE分析：布置校核—扭矩軸

通過(guò)分析，彈性中心比較靠近扭矩軸，詳見(jiàn)如上圖3和圖4。側(cè)視圖：彈性中心連線與扭矩軸夾角為2.03度，俯視圖：彈性中心連線與扭矩軸夾角為0.32度，均滿足設(shè)計(jì)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置布置位置合適。

2.2.2 對(duì)動(dòng)力總成懸置進(jìn)行CAE分析：剛體模態(tài)分析

通過(guò)表1分析，最小頻率為X向6.22Hz，最大頻率為Ry向14.88Hz，滿足要求;Z向頻率6.64Hz，Rx向頻率7.45Hz，不滿足要求。頻率間隔最小為0.13Hz，不滿足要求。解耦率：Z向解偶率77.87%，不滿足要求。

3 系統(tǒng)改進(jìn)方案及驗(yàn)證

通過(guò)以上故障原因的分析，由于頻率間隔、最大最小頻率和Y向、Rz向解耦率達(dá)不到要求，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置軟墊的剛度進(jìn)行優(yōu)化;根據(jù)設(shè)計(jì)要求，同比改變減振墊的三個(gè)方向剛度，同時(shí)保證前后懸置靜態(tài)壓縮量差值小于1mm。需要發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)抓緊制定改進(jìn)方案并盡快開(kāi)展實(shí)車(chē)驗(yàn)證。

3.1 制定方案

通過(guò)以上內(nèi)容不難看出，造成車(chē)輛振動(dòng)的主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置軟墊的剛度值不滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在保持結(jié)構(gòu)不調(diào)整的情況下，分別調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置軟墊的剛度值，新出兩個(gè)方案（表2）：

針對(duì)以上兩個(gè)方案，通過(guò)CAE分析后，結(jié)果如表3，選擇方案一為優(yōu)化方案。

3.2 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

方案制定好后，為驗(yàn)證方案的有效性和可靠性，通過(guò)在輕卡車(chē)上更換新剛度的發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置軟墊，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置端，和車(chē)架端布置傳感器，采集發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的隔振數(shù)據(jù)，采集腳踏板、方向盤(pán)和左后后視鏡的振動(dòng)最大加速度數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)前后懸置的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，經(jīng)過(guò)試裝驗(yàn)證，車(chē)輛的抖動(dòng)已不明顯，優(yōu)化效果明顯。原狀態(tài)懸置與新?tīng)顟B(tài)懸置隔振量的結(jié)果對(duì)比，見(jiàn)圖5：

4 結(jié)論

本文針對(duì)4×2輕卡載貨車(chē)，車(chē)輛在怠速情況下出現(xiàn)左、右后視鏡、保險(xiǎn)杠，腳踏板支架，膨脹水箱支架等抖動(dòng)嚴(yán)重的故障。通過(guò)分析四缸發(fā)動(dòng)機(jī)主要激勵(lì)力矩為二階扭矩振動(dòng)，其作用方向?yàn)閯?dòng)力總成的側(cè)傾方向，所以對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)主要考慮減小側(cè)傾方向的振動(dòng)傳遞率。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置軟墊的剛度優(yōu)化，在改進(jìn)后的車(chē)輛上跟蹤驗(yàn)證，未再出現(xiàn)明顯振動(dòng)的現(xiàn)象。說(shuō)明此改進(jìn)方案可以有效解決問(wèn)題，對(duì)日后產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

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