提高商用車發動機懸置系統的隔振性能

馬小超，趙磊，劉金琢，崔玉祥

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.康明斯(中國)投資有限公司，上海 200030）

提高商用車發動機懸置系統的隔振性能

馬小超1，趙磊1，劉金琢1，崔玉祥2

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.康明斯(中國)投資有限公司，上海 200030）

隨著用戶對商用車駕駛舒適性越來越重視，商用車發動機懸置系統不僅要實現對發動機的可靠固定，還有盡可能減少發動機運行時傳遞出來的不期望的振動。在發動機懸置系統的設計階段通過模態頻率的仿真計算對其隔振性能進行分析、對比和優化，并在驗證階段通過檢測駕駛室座椅導軌的振動對方案設計進行試驗確認，可以有效提高商用車發動機懸置系統的隔振性能，提高開發效率，提升商用車的駕駛舒適性。

商用車發動機懸置系統；隔振性能；模態頻率；仿真計算；駕駛舒適性

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)05-23-04

引言

商用車發動機懸置系統的主要作用是可靠的固定發動機，從而保證發動機的動力能夠以合理的角度穩定輸出，其結構設計的首要考慮因素是設計出可靠的剛度。隨著技術進步和用戶對商用車駕駛舒適性越來越重視，商用車發動機懸置系統的隔振性能在汽車產品設計過程中受到更大重視。本文以一款輕型商用車的發動機懸置系統的隔振性能的仿真計算和試驗確認來介紹一種提高商用車發動機懸置系統的隔振性能的方法。

1、發動機懸置系統模型建立

1.1 三維數字模型的建立

某輕型商用車采用前置后驅發動機縱置的動力總成布置形式，根據整車布置的需要，發動機飛輪殼中心點的在整車坐標系中的位置為(X=807，Y=0，Z=-273，傾角3°)。根據這一位置，設計該懸置的前后支架和軟墊。

利用三維建模軟件CATIA，在整車坐標系中完成懸置支架和軟墊的三維數字模型建立。根據產品平臺的通用化原則，該懸置有兩種結構可以選擇，方案1為前后懸置均布置在發動機上的四點懸置，如圖1所示，方案2為后懸置采用下托梁結構的三點懸置，如圖2所示。

圖1

圖2

1.2 懸置軟墊中心點的位置獲取

三維數字模型建立以后可以很方便的測量出兩種懸置結構中前后4個懸置軟墊的幾何中心在發動機坐標系中的位置。發動機坐標系的定義是：動力輸出端為發動機后端，向機體前端為發動機前端。以發動機前端面與曲軸中心線的交點為坐標原點，向后為X(Foreafter)+，向右(從飛輪端看，下同)為Y(Lateral)+，向上為Z(Vertical)+。方案1和方案2的測量結果分別見表1、表2。

表1

表2

1.3 軟墊剛度選擇

方案1的軟墊剛度沿用基礎車型的數值，方案2的軟墊剛度根據發動機變速箱的質量分布以及發動機怠速時的振動頻率，以懸置系統隔振率大于90%、發動機與懸置系統不發生共振為約束條件計算得出，計算過程略。方案1和方案2的軟墊剛度分別見表3和表4。

表3

表4

2、發動機懸置系統ROLL模態頻率仿真計算

利用mountsys仿真軟件，對方案1和方案2兩個發動機懸置系統進行ROLL模態頻率仿真計算。

2.1 方案1 ROLL模態頻率仿真計算

根據上文確定的懸置軟墊在發動機坐標系中的位置及其剛度，方案1輸入條件見圖3。

圖3

方案1仿真計算結果見圖4。

圖4

圖4顯示，方案1Roll模態頻率為22.2Hz，而該發動機的怠速發火頻率為25Hz，懸置系統Roll模態頻率與發動機的怠速發火頻率接近或者相等時，容易造成懸置系統與發動機在怠速階段產生共振，造成駕駛室抖動，嚴重影響駕駛舒適性。

康明斯AEB21.36要求，發動機懸置系統Roll模態頻率應低于發動機怠速發火頻率的1/2。方案1的校核結果不滿足該標準。

2.2 方案2 ROLL模態頻率仿真計算

根據上文確定的懸置軟墊在發動機坐標系中的位置及其剛度，方案2輸入條件見圖5。

圖5

方案2仿真計算結果見圖6。

圖6

圖6顯示，方案2Roll模態頻率為10.3Hz，該發動機的怠速發火頻率為25Hz，懸置系統Roll模態頻率遠低于發動機的怠速發火頻率，不會出現懸置系統與發動機在怠速階段共振，駕駛舒適性好。

滿足康明斯AEB21.36發動機懸置系統Roll模態頻率應低于發動機怠速發火頻率的1/2的要求。

3、試驗測量

在產品試制階段，分別按照方案1和方案2進行發動機懸置系統試裝，然后使用西門子Testlap測量儀對方案1和方案2的Roll模態頻率以及匹配該方案時從怠速到額定轉速的加速過程中，駕駛室座椅導軌的最大加速度進行測量。

3.1 方案1的駕駛室座椅導軌最大加速度測量

3.1.1 方案1的Roll模態頻率測量

方案1的Roll模態頻率測量結果見圖7。

圖7

測量結果顯示，方案1的Roll模態頻率為22Hz，與仿真模擬計算的22.2Hz一致，遠高于康明斯AEB21.36發動機懸置系統Roll模態頻率應低于發動機怠速發火頻率的1/2(即12.5Hz)的要求

3.1.2 匹配方案1時駕駛室座椅導軌最大加速度測量

匹配方案1時駕駛室座椅導軌的最大加速度測量結果見圖8。

圖8

圖8中，橫軸標示發動機從怠速開始到額定轉速的加速過程中發動機振動頻率，單位為Hz，數軸是時間，單位是s，圖中顏色代表駕駛室座椅導軌的最大加速度，單位是g，顏色越亮代表最大加速度越大，駕駛室舒適性越差。

測量結果顯示，匹配方案1時，在發動機怠速時，駕駛室座椅導軌的最大加速度較大，隨著發動機振動頻率的升高，在26Hz～33Hz之間時，駕駛室座椅導軌的最大加速度達到最大，最大值為0.053184g。此時對應的的發動機轉速為900rpm。

3.2 方案2的駕駛室座椅導軌最大加速度測量

3.2.1 方案2的Roll模態頻率測量

方案2的Roll模態頻率測量結果見圖9。

圖9

測量結果顯示，方案2的Roll模態頻率為13.7Hz，高于仿真模擬計算的10.3Hz，但是遠低于方案1的22.2Hz，也接近康明斯AEB21.36發動機懸置系統Roll模態頻率應低于發動機怠速發火頻率的1/2(即12.5Hz)的要求。

3.2.2 匹配方案2時駕駛室座椅導軌最大加速度測量

匹配方案2時駕駛室座椅導軌的最大加速度測量結果見圖10。

圖10的坐標系及顏色含義與圖8一致。

測量結果顯示，匹配方案2時，在發動機怠速時，駕駛室座椅導軌的最大加速度較方案1顯著下降，隨著發動機振動頻率的升高，在26Hz～33Hz之間時，駕駛室座椅導軌的最大加速度達到最大，最大值為0.000978g，遠低于方案1的0.053184g，駕駛舒適性較好。

圖10

4、兩種方案的系統隔振率對比

根據試驗測量結果，方案1的駕駛室座椅導軌最大加速度為0.053184g，方案2的駕駛室座椅導軌最大加速度為0.000978g。

由于：

式中，TdB為振幅，gx為測量元件的最大加速度，g為重力加速度。

可以計算出，方案1中駕駛室的振幅為-45.3dB，方案2中駕駛室的振幅為-80dB，由于輸入振動源一致，可以把方案2對方案1的隔振能力提升度用隔振率來表示：

滿足隔振率大于20dB的通用要求，方案2的隔振效果明顯。

5、結論

1）商用車發動機懸置系統的ROLL模態頻率仿真計算與實際測量值高度正相關，可以為懸置系統的隔振能力設計提供可信的支持；

2）降低商用車發動機懸置系統的ROLL模態頻率可以有效的增強懸置系統的隔振率，改善駕駛舒適性；

3）合理的布置商用車發動機懸置支架，使動力總成重量分布更均勻，有利于改善懸置系統的隔振率。

[1] 劉顯臣.汽車NVH綜合技術[M].北京：機械工業出版社.2014：223-229.

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Improve the performance of vibration isolation of commercial vehicle engine mounting system

Ma Xiaochao1, Zhao Lei1, Liu Jinzhuo1, Cui Yuxiang2
( 1. Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601; 2. Cummins (China) investment co., LTD., Shanghai 200030 )

As the the users of commercial vehicle pay more attention on driving comfort, commercial vehicle engine mount systems not only be made to reliable fixed engine, as well as to minimize the engine running out of the undesirable vibration. Analyzing, comparing and optimizing the vibration isolation performance by the simulation calculation of the modal frequency in the design stage of the engine mount system, then testing and validating the vibration of the driver's seat guide rail during the verification stage,can improve the vibration isolation performance of commercial vehicle engine mount system, and improve development efficiency and enhance the driving comfort of commercial vehicles.

Commercial vehicle engine mount system; vibration isolation performance; modal frequency; simulation calculation; driving comfort

U467.3

A

1671-7988 (2017)05-23-04

馬小超，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.05.008