轿车悬置系统设计－汽车设计与制造资讯-造车网

    随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的乘坐舒适性越来越受到人们重视，成为轿车的主要性能指标。轿车发动机却多采用平衡性较差的四缸四冲程发动机，其输出转矩的周期性波动和不平衡惯性力（矩）既激起动力总成本身的刚体振动和弹性振动，又激起汽车动力传动系统的扭转振动、弯曲振动和整车的各种振动以及这些振动引起车厢内空气共振产生的噪音，从而导致十分复杂的振动、噪声及结构疲劳强度问题。如何设计隔振性能优良的悬置系统以有效地隔离发动机的振动向车身的传递，是汽车设计的一个重要方面。

2 、基本原理

    2.1 悬置系统的作用

    ① 支撑重量。保证动力总成的重量尽可能均匀地分担到各个悬置上。

    ② 抑制动力装置的运动。保证动力总成在受到冲击时，不至于运动幅度过大而与其它部件碰撞。

    ③ 吸振和隔振。降低动力总成的振动向车身的传达。

    2.2 悬置系统的评价指标

    对于单自由度隔振系统来说，传递率可以作为评价隔振效果的唯一标准。可是当隔振器与动力装置组成一个三维系统时，单一的传递率评价指标就不够了。这个系统有6个自由度，就有6个相互耦合的模态。在设计悬置系统时，不仅要考虑悬置本身的刚度、阻尼和激励力的特性，而且还要考虑系统的惯性参数和悬置的空间位置等因素。动力总成隔振效果的评价指标主要有三个：悬置的传递率、悬置系统的模态解耦程度及动力总成横向转动频率。

    2.2.1 悬置的传递率

    要求振动的衷减率＞20dB，也就是说传递到被动边的振动不能大于主动边振动的1/10。由于发动机振动与转速和频率有关，因此传递率也与转速和频率有关。隔振器应该在整个工作转速范围内都达到上述传递率标准。

    2.2.2 悬置系统的模态解耦

    要求横向转动模态、上下振动模态能量百分比>90%,且Bounce、Pitch两模态相互不耦合。发动机作为一个刚体，在低频范围内有六个方向的振动：上下、前后、左右的跳动，以及绕三个轴的转动模态。如果这些模态彼此独立，那么就可以把每个模态当成单自由度系统来处理。这样在处理一个模态的时候就不会影响到另外一个模态。模态彼此独立也称为模态解耦。

    2.2.3 横向转动频率

    要求激励频率与横向转动模态频率的比大于2。发动机气缸内混合气体燃烧爆炸而产生推力，推动活塞运动，进而通过曲柄连杆机构带动曲轴转动。对于轿车来说，一般都是发动机前置前驱动，发动机曲轴是绕横向（Y轴）转动的，横向转动模态是最容易被激励起来的。所以，一定要将横向转动的频率与激励频率避开，才能减小动力装置的振动。假设横向转动的模态已经与其他五个模态解耦了，那么就可以将横向转动模态看成是一个单自由度系统。

3、实例分析

    3.1 数据准备

表1 数据准备

    3.2 悬置弹性中心确定

    左、右悬置是支撑悬置，尽量布置在扭轴所在的垂直平面内，且尽量靠下布置。实际应用中，纵梁的几何形状基本已经确定了悬置弹性中心的Y方向和Z方向位置，有了扭矩轴的空间位置，X向也基本确定；防扭轴的布置主要是看动力总成上哪里能取出连接点，Y方向尽量靠近质心布置，具体位置还有看解耦结果而定。初选的悬置弹性中心位置如下：

图1 初选的悬置弹性中心位置

    3.3 悬置刚度确定

    本例中虽然有四个衬套，在实际设计过程中通常把防扭杆简化成一个Y、Z方向刚度较小的衬套，整个悬置系统结构变成3点悬置结构，这样优化变量就减少个6个（3个悬置点位置坐标和3方向刚度）。在ADAMS/View中建立悬置系统仿真模型，优化变量是左悬置3方向刚度、右悬置3方向刚度和后悬置X 向刚度。优化目标是悬置系统6 阶固有频率和6 阶模态动能百分比分配。利用ADAMS/Insight 模块进行优化。优化目标值：Bounce、Pitch 两个模态解耦率>90%，频率间隔大于2Hz，Bounce 模态频率小于9Hz。最小频率6Hz，最大频率13.6Hz（怠速:815rpm）。

图2 悬置系统解耦率

由以上解耦表可以看出，BOUNCE和PITCH两模态解耦率都比较高，频率间隔为3.3Hz，间隔比较大。虽然R OLL和YAW模态解耦率比较低，但耦合没有出现在BOUNCE和PITCH模态中，且R OLL和YAW模态没有激励源，不会出现问题。整个系统的解耦率也都控制在6～14Hz之间。终上所述，上述解耦结果是非常好的。

    3.4 悬置位移控制

    为使发动机在正常工作区间悬置位置不能太大，保证悬置不容易疲劳破坏；恶劣工况下动力总成位移不能太大，保证不与周边件发生碰撞，悬置要具有限位功能。在ADAMS仿真模型中把悬置的刚度曲线设计成非线性，按所要求的工况加载，校核各工况下悬置位移和动力总成的质心位移（3向平动、3向转动）。由于本项工作中需要校核的工况比较多，可以采用ADAMS/Insight模块对各工况进行循环计算。

4、结论

    本文介绍了悬置系统设计的基本理论和方法，主要对悬置弹性中心的选择和模态能量解耦方法做了详细介绍，文中计算结果是动力总成相对大地的模态，实际情况下，动力总成装在整车上后其各阶模态会有少量漂移，所以最终的悬置刚度还要通过整车状态下的试验结果做相应调整。

我要反馈

—— 造车工艺 ——

—— 数字化制造 ——

—— 智能驾驶 ——

—— 新能源技术 ——

—— 机器人技术 ——