1 前言

動力總成懸置系統(tǒng)作為動力總成和車身之間的隔振系統(tǒng)，其工作性能直接影響整車舒適性、平順性及 NVH性能。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和路況的不斷改善，動力總成成了汽車的最大振動源，為改善汽車的乘坐舒適性，懸置必須具有良好的隔振作用。如何選擇或設(shè)計(jì)合理的懸置也是汽車開發(fā)過程中的重點(diǎn)之一。EXCITE Mount Layout 工具作為懸置設(shè)計(jì)的專用工具，可為懸置設(shè)計(jì)開發(fā)提供極大便捷性。本期技術(shù)貼將給大家介紹EXCITE Mount Layout 在懸置開發(fā)過程中應(yīng)用。

眾所周知，汽車的懸置一方面固定和支撐動力總成，并在車輛行駛過程中限制由于車輛啟動、加減速或者路面顛簸等原因引起的動力總成位移，防止與其他部件碰撞，另一方面也起到隔振作用，將內(nèi)燃機(jī)的振動盡可能少的傳遞到車身，提高車輛的音振性能水平。從隔振角度而言，希望懸置越軟越好，以此將振動隔離到最?。欢鴱闹С泻拖尬坏慕嵌葋碇v，由于布置空間和結(jié)構(gòu)的限制，希望懸置越硬越好。所以在懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，就要平衡好兩者的關(guān)系，在盡可能隔振的基礎(chǔ)上，也要保證支撐和限位的功能。

2 建模簡介

由于動力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率一般在 5~30Hz之間，而動力總成的彈性模態(tài)一般要大于60 Hz，也就是說在懸置系統(tǒng)固有頻率范圍之間，動力總成的振動只以剛體模態(tài)存在，在懸置概念設(shè)計(jì)過程中，動力總成考慮成剛性體，只需要考慮其質(zhì)量以及轉(zhuǎn)動慣量。EXCITE Mount Layout工具中，用戶可直接定義動力總成質(zhì)量以及轉(zhuǎn)動慣量信息。同時該工具也支持分別定義發(fā)動機(jī)以及變速箱質(zhì)量屬性以及空間位置，快速完成動力總成剛性體創(chuàng)建。

早期動力總成懸置方案選取過程中，合適的懸置個數(shù)與合理的位置直接關(guān)系到懸置的隔振效果，動力總成懸置個數(shù)與動力總成重量、尺寸、安裝方式以及發(fā)動機(jī)排量相關(guān)。汽車動力總成懸置系統(tǒng)多采用三點(diǎn)或四點(diǎn)支承。三點(diǎn)支承的優(yōu)點(diǎn)可以保證汽車在不同運(yùn)行狀態(tài)下支承點(diǎn)處在一個平面上，可很大程度上改善機(jī)體的受力情況，三點(diǎn)式懸置一般是前兩后一的形式。四點(diǎn)懸置系統(tǒng)同樣可以達(dá)到上下方向、扭轉(zhuǎn)振動的獨(dú)立解耦，可大幅減小耦合振動的出現(xiàn)。相對于三點(diǎn)懸置系統(tǒng)，四點(diǎn)式懸置的穩(wěn)定性好、能克服較大的轉(zhuǎn)矩反作用力，但由于扭轉(zhuǎn)剛度較大，不利于隔離低頻振動，四點(diǎn)式懸置往往采用前二后二或前三后一的形式，為了達(dá)到三點(diǎn)式的效果很多汽車前兩懸置都會盡量靠攏。EXCITE Mount Layout工具中，為了便于用戶確定懸置個數(shù)及位置方案，在參數(shù)定義過程中，可選擇同時定義多個懸置，在動響應(yīng)計(jì)算以及模態(tài)解耦時可選擇性激活懸置工作屬性，繼而可實(shí)現(xiàn)懸置位置與個數(shù)方案的選取。

由于各懸置安裝點(diǎn)的距離遠(yuǎn)大于懸置本身的尺寸，扭轉(zhuǎn)作用不明顯，忽略扭轉(zhuǎn)彈性，懸置可看作三維彈性元件。當(dāng)前EXCITE Mount Layout工具支持橡膠懸置以及液壓懸置非線性靜剛度定義。

動力總成懸置系統(tǒng)除了作為支承元件承受動力總成的質(zhì)量以外，在車輛啟動、制動和轉(zhuǎn)向等工況下，為避免動力總成由于慣性力以及發(fā)動機(jī)振動激勵產(chǎn)生過大的位移而與其它部件發(fā)生干涉，通常需從懸置的設(shè)計(jì)上以及結(jié)構(gòu)上限制懸置元件在各個方向的最大位移量，以此作為邊界條件，設(shè)定懸置的 Z 向剛度范圍，并預(yù)設(shè)每個懸置點(diǎn)的 3個方向彈性主軸的剛度。為了計(jì)算動力總成準(zhǔn)確的動響應(yīng)位移，EXCITE Mount Layout 工具支持自動讀取曲軸系多體動力學(xué)模型數(shù)據(jù)，定義發(fā)動機(jī)真實(shí)的載荷邊界。同時考慮整車的運(yùn)行狀態(tài)，例如整車運(yùn)動加速度以及Pitch與Roll方向傾斜角度對于懸置位移的影響。

對于多檔位汽車，在車輛行駛過程中會伴隨變速箱不同檔位的切換，變速箱不同檔位輸出直接關(guān)系到動力總成所受反向力矩的變化，繼而影響到動力總成的響應(yīng)位移。EXCITE Mount Layout 工具支持變速箱不同檔位以及后橋速比定義，可實(shí)現(xiàn)不同檔位下動力總成位移及懸置響應(yīng)計(jì)算。

3 實(shí)例說明

汽車動力總成懸置系統(tǒng)特性分析和優(yōu)化計(jì)算所需的質(zhì)量特性參數(shù)，可以通過專用測試設(shè)備量測取得，也可通過三維CAD軟件計(jì)算得出。動力總成參數(shù)包括質(zhì)量、質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動慣量和慣性積。表1 為某動力總成的質(zhì)量特性。

表1 動力總成質(zhì)量信息

當(dāng)前動力總成采用3點(diǎn)式支撐，支撐位置如下表所示。

表2 懸置位置定義

懸置剛度定義為非線性靜剛度，某懸置主方向剛度曲線如圖6：

從激勵層面上看，懸置系統(tǒng)需要隔離掉源于發(fā)動機(jī)的低頻振動激勵，如發(fā)動機(jī)往復(fù)慣性力以及傾覆力矩等，由于變速箱的激勵頻率范圍主要是中高頻，往往在定義動力總成載荷激勵時可不用考慮。圖7為當(dāng)前模型缸壓負(fù)載，結(jié)合曲軸動力學(xué)模型，可快速計(jì)算發(fā)動機(jī)相應(yīng)的振動激勵。

考慮汽車啟動過程加速度變化，設(shè)置整車運(yùn)動加速度為6m/s^2，結(jié)合懸置動響應(yīng)分析，可快速計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)動力總成響應(yīng)位移。一般動力總成最大位移在10~20mm之間，動力總成最大旋轉(zhuǎn)角度也需控制在4°以內(nèi)。EXCITE Mount Layout 中用戶可以自定義任意測點(diǎn)動響應(yīng)結(jié)果，圖8為各測點(diǎn)位置。通過計(jì)算結(jié)果圖9與表3可知，以轉(zhuǎn)速為1000rpm為例，該動力總成測點(diǎn)MP3的Z向位移最大，為6.12mm、動力總成旋轉(zhuǎn)角度為2deg均不超過限制，滿足設(shè)計(jì)位移設(shè)計(jì)需求。

表3 動力總成測點(diǎn)位移

圖10為各懸置動響應(yīng)位移和支承力，結(jié)合該結(jié)果可對懸置可靠性進(jìn)一步進(jìn)行校核。

在動力總成的懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能解除動力總成的6自由度之間的剛性振動耦合，一方面便于減小可能激起共振響應(yīng)的頻帶寬度，另一方面便于合理配置其固有振動頻率，使激勵頻率遠(yuǎn)離固有頻率，獲得良好的整體隔振效果。因此，解除多自由度振動耦合便成為動力總成隔振系統(tǒng)設(shè)計(jì)中與固有頻率的合理配置同等重要的目標(biāo)。

通常對于懸置解耦率一般都要求。分析模型發(fā)動機(jī)為四缸發(fā)動機(jī)，轉(zhuǎn)速在750rpm~6500rpm內(nèi)，所對應(yīng)的2階主激勵頻率為25Hz~216Hz，從隔振的效率考慮，依振動理論，懸置頻率應(yīng)該小于22HZ；從汽車平順性的角度來講，懸置的頻率設(shè)定應(yīng)避開人體的垂向敏感頻率 4~8 Hz 和水平共振頻率 0.5~2 Hz ；另外從頻率響應(yīng)來看，需避開車身扭轉(zhuǎn)振動頻率。所有模態(tài)頻率必須高于6Hz，以減少與汽車其它部分剛體模態(tài)的耦合。所有模態(tài)頻率必須低于30Hz ，以減少與車身、轉(zhuǎn)向柱及動力傳動系統(tǒng)等模態(tài)的耦合；另外，為得到較好的垂向振動效果，動力總成繞曲軸轉(zhuǎn)動方向的頻率，和垂直方向頻率要重點(diǎn)關(guān)注。這兩個方向的頻率間隔一般要大于2Hz，考慮到動力總成各個方向振動的耦合性，建議各個方向的頻率間隔應(yīng)大于1Hz。頻率的設(shè)定范圍和6個方向的解耦目標(biāo)值參考表4。

圖11是固有頻率的設(shè)定及解耦率，從表中可以看出，各懸置模態(tài)的固有頻率選用合適，大小與間隔符合要求，Vertical與 Roll方向解耦在90%以上，其它方向的解耦在 80%以上，懸置設(shè)計(jì)合理。

表4 懸置解耦限值

4 總結(jié)

動力總成懸置設(shè)計(jì)過程中需要選擇合適的懸置剛度和支承位置，以保證動力總成在工作過程中與機(jī)艙內(nèi)其他部件不發(fā)生干涉，同時使動力總成的剛體模態(tài)與底盤不發(fā)生共振，并且剛體模態(tài)之間應(yīng)該達(dá)到較好的解耦率。解決好這些問題，就大致滿足了懸置的設(shè)計(jì)要求。

結(jié)合EXCITE Mount Layout工具、基于真實(shí)的載荷邊界以及便捷的懸置定義，可對動力總成動靜響應(yīng)位移進(jìn)行快速校核，同時也可快速進(jìn)行動力總成懸置剛度解耦率分析，對所設(shè)計(jì)懸置進(jìn)行相應(yīng)的評價。

希望上述內(nèi)容對廣大EXCITE用戶有所幫助，如有任何疑問，歡迎發(fā)郵件至我們公共郵箱Mechanical_support_China@avl.com咨詢。