某乘用車發(fā)動機后懸置異響問題解決方案

蔡其剛，張政山

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336；2.合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

某乘用車發(fā)動機后懸置異響問題解決方案

蔡其剛1,2，張政山1

（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江 寧波 315336；2.合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

∶為了解決某乘用車發(fā)動機后懸置異響問題，給出了底盤關鍵部位連接點的力矩校核規(guī)范；采用理論分析和試驗研究相結合的方法,分析了后懸置異響與擰緊力矩、懸置支座剛度、被連接件的表面摩擦系數(shù)及整車運動載荷的關系,給出了后懸置異響的解決方案。結果表明:后懸置異響與多種因素有關,合理的結構設計、力矩設計及裝配工藝是保證整車良好品質的前提。

∶異響；緊固力矩；夾緊力；剛度；副車架；發(fā)動機后懸置

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.084

CLC NO.: U463.1Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-245-03

1、概述

1.1根據(jù)J.D.Power公司2015年最新調查研究顯示，中國市場中汽車客戶抱怨最多的IQS（新車質量研究）問題之一就是不正常雜音（即異響）。車輛運行過程中，異響的來源種類繁多，包括制動、轉向、換擋、啟動、倒車、空調等各種操作中產生的異響。本文主要討論起步過程中所產生的發(fā)動機后懸置異響。

1.2發(fā)動機懸置作為發(fā)動機與車身或副車架之間的過渡單元，其主要功能是對發(fā)動機的慣性力及力矩進行解耦，同時隔振、降噪。本文討論的發(fā)動機后懸置與副車架之間的螺紋副連接為硬連接，按ISO5393規(guī)定，硬連接是在從緊配位轉動緊固件約30°或小于30°時達到終結力矩的連接。通常情況下，材料、結構、剛度、硬度對擰緊力矩起著決定性影響。在所有作用在擰緊的扭矩中，大約有10%的扭矩被夾緊力所消耗，剩下的90%的扭矩被用來克服整車運動過程中，摩擦力的影響。整車運行過程中，保證各系統(tǒng)的功能穩(wěn)定發(fā)揮的主要前提之一就是螺紋副之間的可靠連接。

圖1　擰緊力矩的分配規(guī)則

2、問題來源

吉利公司某即將投產的乘用車，1.3T渦輪增壓發(fā)動機匹配6MT手動變速器，三點懸置。主要問題為，車輛在運行一定里程后，起步過程中，松手剎，踩離合，掛1檔或倒檔，快速踩油門，發(fā)動機轉速達2000～3000rpm時，快速抬離合，會聽到一聲清晰的金屬撞擊聲。經排查，異響來源于發(fā)動機后懸置與副車架連接點。

3、后懸置連接點設計分析

根據(jù)上述問題描述，初步判斷為后懸置與副車架之間的連接力矩松動或者設計夾緊力不夠。為保證整車運行的耐久可靠性，設計時，該連接螺栓所產生的夾緊力必須能夠足以克服其所受外力的合力。

圖2　后懸置與副車架連接示意圖

3.1軸向夾緊力F′計算

根據(jù)公式T=KF′d，可以在規(guī)定緊固力矩情況下求得夾緊力

設計力矩T=180±20N.m

扭矩系數(shù)K=0.28(測量值)

螺栓直徑d=14mm

3.2支座變形力Fp計算

由于后懸置與副車架連接為間隙配合，最大間隙max= 0.7mm，為準確獲取克服副車架變形所需加載力，可以采用CAE進行應力應變分析，由分析結果可知，該連接支座剛度為7668N/mm，換言之，消除支座變形所需力值Fp=5367.6N。

圖3　原狀態(tài)懸置支座靜剛度CAE分析結果

3.3最大軸向力Fz提取

由后懸置連接方式可以看出，其軸向為整車Z向，根據(jù)懸置系統(tǒng)計算報告可知，后懸置Z向最大載荷發(fā)生在(Ver -tical-5g down&-3g lateral left loading)工況，F(xiàn)Z-MAX=6051N。如下表1。

表1　發(fā)動機后懸置受力工況（部分）

3.4軸向預緊力F0計算

由上表1可以看出，后懸置X向最大載荷發(fā)生在(8KPH rear bumper)工況，F(xiàn)X-MAX=7097N。則軸向預緊力：

Kf:可靠性系數(shù)1.3 ，取值：1.1-1.3

m:結合面數(shù)

f: 結合面摩擦系數(shù)0.15， 取值：0.13～0.16

FX-MAX：被連接件受橫向最大外力

3.5小結

綜上，F(xiàn)max=FP+FZ-MAX+FO=5367.6+6051+30753.7= 42172.3N＞預緊力F′=40816.3N。可見，理論上，設計力矩不滿足整車動態(tài)運動要求。隨著車輛運行時間的加長，力矩逐漸衰退，夾緊力進一步下降，最終導致異響發(fā)生。

4、影響后懸置點異響的主要因素

根據(jù)前述分析，后懸置支座剛度偏大或（和）后懸置支座與后懸置內芯之間的摩擦系數(shù)偏小是導致異響產生的主要因素。

圖4　原狀態(tài)后懸置支座結構

圖5　新方案后懸置支座結構及其靜剛度CAE分析結果

鑒于前期工裝模具已經開發(fā)完成，為此，在不需修模的前提下，將副車架下板孔徑由￠16增加至￠36（僅需更換模具沖頭），使得雙層板連接變?yōu)閱螌影暹B接。

更改后：副車架剛度由7668N/mm降低至6308N/mm，當配合間隙max=0.7mm， 克服支座變形力Fp由5367.6N降低至4415.6N，此時，F(xiàn)max=FP+FZ-MAX+FO=4415.6+6051+30753.7= 40536.9N＜預緊力F′=40816.3N。可見，理論上，設計力矩滿足整車動態(tài)運動要求。

5、驗證效果

根據(jù)前述分析，將副車架下板孔徑通過鐳射切割后，實車驗證，異響消除，同時，搭載底盤強化路試驗證，未見變形開裂等故障，可靠性滿足企業(yè)標準。

圖6　手工改制方案

6、總結

針對底盤關鍵部位的螺紋副連接，在設計之初就應該從以下幾個方面進行分析：

1）被連接件的尺寸精度控制（包括開檔尺寸、上/下連接孔位置度、同軸度）；

2）連接支座靜剛度的合理設計（同時需兼顧動剛度對NVH的影響）；

3）螺栓螺母的端面及螺紋摩擦系數(shù)控制（建議控制在0.1～0.16，并在2D圖紙中體現(xiàn)）；

4）被連接件的漆膜厚度控制（厚度偏厚對扭矩影響很大，電泳漆建議控制在25μm左右）；

5）力矩的合理設計；

6）總裝車間裝配工藝的控制（推薦采用扭矩+轉角法）；

7）力矩復緊規(guī)范的編制及執(zhí)行。

[1] 陳南.汽車振動與噪聲控制[M].北京:人民交通出版社,2005.

[2] 陳齊,董小瑞.發(fā)動機懸置技術的研究綜述[J].內燃機與配件, 2014(3):5-7.

[3] 孫林峰,樊文欣.發(fā)動機懸置技術的發(fā)展研究[J].內燃機,2010(3): 19-22.

[4] 楊章程.轎車副車架的結構優(yōu)化及輕量化設計[D].浙江:浙江理工大學,2013.

[5] GBT16823.2-1997螺紋緊固件緊固通則[S].機械工業(yè)部機械科學研究院,1997.

[6] GB/T518-2013,.汽車用螺紋緊固件緊固扭矩[S].中國計劃出版社,2013.

The solution of a passenger car engine mounting abnormal sound

Cai Qigang1,2, Zhang Zhengshan1

（1. Zhejiang geely automobile research institute CO. LTD, Zhejiang Ningbo 315336; 2. College of mechanical and automotive engineering, HeFei University of Technology, Anhui Hefei 230009）

In order to solve a passenger car engine mounting problem of the abnormal sound, To provide a specification of the chassis key parts connection point torque checked; Adopt the method of combining theoretical analysis and experimental research, the analysis of the engine mounting abnormal sound and tightening torque and subframe connected bracket stiffness, the fitting of surface friction coefficient and the relationship of the vehicle motion load, engine mounting abnormal sound solutions are given. The results show that the engine mounting abnormal sound is associated with a variety of factors, reasonable structure design and torque design and assembly process is the prerequisite of the vehicle in good quality.

abnormal sound; tightening torque; Clamping force; stiffness; subframe; engine mounting

∶U463.1

∶A

∶1671-7988 (2016)09-245-03

蔡其剛（1979—），男，工學學士，車輛工程碩士在讀，高級工程師，就職于浙江吉利汽車研究院有限公司。主要從事汽車懸架系統(tǒng)及其結構件的設計開發(fā)工作。