汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振技術(shù)研究

董志斌,蘇麗華,孟 芳,唐 明,叢日新（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司,河北 保定 071000）

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汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振技術(shù)研究

董志斌,蘇麗華,孟 芳,唐 明,叢日新
（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司,河北 保定 071000）

摘 要：隨著汽車(chē)的普及，人們對(duì)汽車(chē)的舒適度與汽車(chē)的性能也更將關(guān)注。衡量一臺(tái)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)是汽車(chē)的振動(dòng)和噪聲，是目前的汽車(chē)研究的重要課題。汽車(chē)的主要振源是往復(fù)活塞式的發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)出良好的隔鎮(zhèn)懸置系統(tǒng)和性能合理的元件是整車(chē)的首要任務(wù)，研究出汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的隔振技術(shù)也成為設(shè)計(jì)汽車(chē)的重要課題。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)；懸置系統(tǒng)；隔振技術(shù)

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)的激勵(lì)與汽車(chē)行駛中路面的激勵(lì)是造成汽車(chē)的振動(dòng)的兩大原因，其中，路面的激勵(lì)問(wèn)題現(xiàn)已得到解決，而發(fā)動(dòng)機(jī)由其本身的內(nèi)部激勵(lì)帶有的不平衡性與寬頻帶性會(huì)對(duì)NVH性能及汽車(chē)零部件使用壽命造成影響，怎樣使發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)在向車(chē)體傳遞中將其隔離，是設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文就發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的隔振技術(shù)進(jìn)行深入研究。

1 懸置系統(tǒng)隔振技術(shù)研究的進(jìn)展

在懸置元件的研究上，從初期的橡膠懸置逐漸提升到液壓懸置，直到現(xiàn)在被廣泛運(yùn)用的主動(dòng)控制懸置。在新型材料的推廣與應(yīng)用中，利用高科技技術(shù)手段，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元件走向了智能化。最早的懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是Anon Horison和Horivitz提出的六自由度解耦理論，之后提出了撞擊中心理論，在布置發(fā)動(dòng)機(jī)方式上起到隔振效果，為了提高轎車(chē)的平衡性能，技術(shù)員們開(kāi)始研究能量解耦設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。為了將能量耦合在各自由度上振動(dòng)降到最低，運(yùn)用現(xiàn)代理論，將目標(biāo)又鎖定在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的固有頻率合理分配的優(yōu)化上，以及使能量解耦率在各個(gè)振動(dòng)方向達(dá)到最高上。隨后，又將液阻懸置通過(guò)懸置系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特質(zhì)設(shè)計(jì)優(yōu)化，科技不斷發(fā)展與專(zhuān)家不同的設(shè)計(jì)理念的共同作用下，使懸置系統(tǒng)的研究進(jìn)展有了極大的突破［1］。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

發(fā)動(dòng)機(jī)效率與耗油率是造成發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力的兩大原因，如今，車(chē)身輕量化已成為設(shè)計(jì)趨勢(shì)，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)阻尼力存和振數(shù)成正比、彈性力和振動(dòng)移位成正比，兩種作用力共同起到隔振效果，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是起到支承、限位及隔振的作用。設(shè)計(jì)時(shí)懸置位置安裝時(shí)要注意角度，要確定初始剛度和一開(kāi)始的阻尼參數(shù)，要合理匹配其振動(dòng)量能解耦和頻率，還要注意整車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)總成的匹配。多方面因素和極其復(fù)雜的系統(tǒng)在隔振設(shè)計(jì)中都要考慮周到。

3 懸置系統(tǒng)振動(dòng)振源

在懸置系統(tǒng)隔振技術(shù)中要分析發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)源，也就是振源。在不考慮路面激勵(lì)時(shí)，另一個(gè)振源是發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的力矩力或周期性不平衡力。耗油量降低驅(qū)使發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)力升高，也增加了激振力，這樣一來(lái)就與整車(chē)其他系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生振動(dòng)耦合，導(dǎo)致車(chē)體的噪聲加大，振動(dòng)加劇。發(fā)動(dòng)機(jī)分為單缸與多缸。可以把多缸發(fā)動(dòng)機(jī)看作單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的若干連接［2］。

4 懸置系統(tǒng)隔振性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

懸置系統(tǒng)振動(dòng)傳遞率與隔振率的大小是衡量汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)傳遞率的觀測(cè)，可以了解到懸置系統(tǒng)隔振性能。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)有兩個(gè)主振方向，分別為垂向和側(cè)傾。因此，傳遞率分為垂向振動(dòng)傳遞率和側(cè)傾振動(dòng)傳遞率。

式中，n為懸置元件個(gè)數(shù)；FZT為處于各個(gè)懸置點(diǎn)垂向動(dòng)反力；FZ是發(fā)動(dòng)機(jī)垂向激勵(lì)力［3］。

懸置系統(tǒng)側(cè)傾方向θx的振動(dòng)傳遞率Tθx為：

式中，F(xiàn)zi，F(xiàn)yi為第i個(gè)懸置處y、z方向的支反力；yi，zi為第i個(gè)懸置處y、z方向的坐標(biāo)；M0為發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)傾方向的輸出扭矩幅值。

5 懸置系統(tǒng)的布置形式

實(shí)際中，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)會(huì)因車(chē)型的不同而有所區(qū)別，承重重量分配在前后及激振力等問(wèn)題都決定懸置系統(tǒng)布置形式。懸置點(diǎn)個(gè)數(shù)、對(duì)懸置元件型式的布置和發(fā)動(dòng)機(jī)安裝角度都對(duì)系統(tǒng)的振動(dòng)固有特性和響應(yīng)特性造成影響。懸置類(lèi)型分為三種，分別為三點(diǎn)懸置、四點(diǎn)懸置和五點(diǎn)懸置。三點(diǎn)懸置適合于轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，三點(diǎn)形成一個(gè)平面，能使懸置系統(tǒng)低頻隔振。大中型的客車(chē)和貨車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置類(lèi)型為四點(diǎn)懸置，有其定位可靠的特點(diǎn)，穩(wěn)定性較好。重型汽車(chē)采用五點(diǎn)來(lái)支承懸置系統(tǒng)，重型汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼與機(jī)體后端面的咬合存在過(guò)大婉拒，所以要在四點(diǎn)懸置上在加一個(gè)輔助懸置。懸置布置形式分為平置式、斜置式和會(huì)聚式［4］。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化

對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)而言，一方面要求其有足夠的剛度限制發(fā)動(dòng)機(jī)的大幅振動(dòng)以避免碰撞其他部件，另一方面要求懸置系統(tǒng)足夠“軟”以便整車(chē)振動(dòng)與噪聲要降到最低。兼顧這兩個(gè)方面是對(duì)懸置系統(tǒng)優(yōu)化的基本要求。在優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)六自由度解耦或部分解耦；發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)在匹配中的固有頻率；發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置系統(tǒng)支承處動(dòng)反了達(dá)到最小。解耦要利用彈性中心法、剛度矩陣解耦法和量能解耦法。其中的固有頻率分為六種：縱向振動(dòng)的固有頻率、橫向振動(dòng)的固有頻率、垂直振動(dòng)的固有頻率、發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞X軸振動(dòng)的固有頻率、發(fā)動(dòng)機(jī)圍繞Y軸振動(dòng)的固有頻率、發(fā)動(dòng)機(jī)繞Z軸振動(dòng)的固有頻率。對(duì)系統(tǒng)隔振性能的計(jì)算，可以用系統(tǒng)振動(dòng)傳遞率為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)方法。若想使系統(tǒng)頻率錯(cuò)開(kāi)，可以利用固有頻率匹配為目標(biāo)函數(shù)。系統(tǒng)的隔振特性被引用其中使兩種方法有很大的差別。在設(shè)計(jì)中，降低振動(dòng)傳遞率會(huì)隔離發(fā)動(dòng)機(jī)總成的振動(dòng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)作為人類(lèi)生活的一部分，人們對(duì)其的要求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了最基本的代步工具，汽車(chē)的舒適性受到了更高的關(guān)注。對(duì)懸置系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)可以降低車(chē)內(nèi)的振動(dòng)及噪聲從而提高汽車(chē)的舒適性。本文基于專(zhuān)家的研究，研究角度為懸置系統(tǒng)的隔振技術(shù)，以轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)為例，進(jìn)行了分析。目前，汽車(chē)研究重點(diǎn)已經(jīng)從振動(dòng)特性轉(zhuǎn)向NVH特性，希望未來(lái)的研究工作能從懸置元件、發(fā)動(dòng)機(jī)總成等建立模型運(yùn)用新的技術(shù)手段使懸置系統(tǒng)隔振技術(shù)有更高的突破。

參考文獻(xiàn)：

［1］沈忠亮.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振技術(shù)研究［D］.合肥工業(yè)大學(xué),2015.

［2］葉向好.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.浙江大學(xué),2005.

［3］李志強(qiáng).汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析與隔振率優(yōu)化［D］.廣西大學(xué),2013.

［4］劉慧嬌.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振性能研究［D］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2012.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.230

作者簡(jiǎn)介：董志斌（1985-），男，河北邯鄲人，研究方向：汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)。