汽車動力總成懸置系統布置研究

蔣孫權

摘 要：以提高汽車舒適性與NVH性能為出發點，簡述汽車動力總成懸置系統隔振原理，研究懸置系統的結構形式、結構參數、布置數目、布置方式等相關參數，分析這些因素對汽車懸置系統的影響。研究表明，不同的動力總成、車身結構的汽車對于懸置系統的要求不同，影響后期的優化分析與解耦設計，因此需根據不同車型選擇不同的懸置系統。

關鍵詞：動力總成；懸置數目；懸置布置

Abstract：In order to improve the car comfort and NVH performance，the principle of vibration isolation of the automotive powertrain mounting system is briefly described，and the related parameters such as the structural form，structural parameters，layout number，and layout of the suspension system are studied，and these factors are analyzed for the impact of the car suspension system.Research have shown that different powertrains mounting system and cars body structure have different requirements for the suspension system，affecting later optimization analysis and decoupling design.Therefore，different suspension systems must be selected according to different car models.

Key words：powertrains mounting system； suspension number； suspension layouted

隨著汽車市場、汽車技術和社會經濟水平的不斷發展，對汽車的舒適性和NVH（Noise、Vibration、Harshness）特性的要求也越來越高。動力總成是傳統汽車和新能源汽車最主要的激振源，對汽車的NVH性能有著至關重要的影響。設計合理的動力總成懸置系統是解決汽車振動和噪聲，提高汽車舒適性和NVH性能，最為直接的方法。通過對懸置系統的結構形式、結構參數、布置方式等進行研究，可以很好地降低動力總成產生的振動，改善汽車的舒適性。[1]本文主要通過對汽車動力總成懸置系統的元件材料、特性、布置方式等情況進行分析比較，為懸置系統的后續優化研究提供基礎技術支持。

1 動力總成懸置系統隔振原理

假設隔振系統為單自由度系統隔振，[2]動力總成近似于激振力ft=F0sinωt，在其作用力下，發動機作垂直振動，建立動力微分方程。等式分析求解后，可得不同阻尼系數下的傳遞率TA與頻率比λ的函數，曲線圖如圖1所示，單自由度系統的傳遞率TA為實際傳遞力FT與發動機工作時產生的力F0之比。

從圖中可知，λ< 2時，系統的傳遞率大于1，隔振后的力比發動機產生的激振力更大，因此不利于隔振，不可取。λ> 2時隨著λ不斷增大，傳遞率下降，隔振效果明顯，效果較好。因此，懸置系統的隔振選取必須落在λ> 2的工作區內。

圖1 不同阻尼下的傳遞率變化曲線

2 動力總成懸置系統元件布置

動力總成懸置主要進行隔振、支承和限位等工作，懸置元件越軟可以承受更多的振動，越硬可以限制動力總成的移動和扭動，因此兩者相互矛盾，所以對于懸置元件材料、布置數目、布置方式等選取，是非常重要的，也是所有后續優化設計、分析、研究的立足點。

2.1 懸置元件材料

（1）橡膠懸置元件。橡膠懸置材料主要分為天然橡膠和合成橡膠，天然橡膠其剛度和實用性較好，生產成本較低，但是容易氧化；聚丁二烯橡膠、氯丁橡膠、丁晴橡膠等材料耐油、耐熱、耐溫性都較為良好，但是彈性、穩定性差。[3]

橡膠懸置元件有壓縮型、剪切型、傾斜型三種，如圖2（a）、（b）、（c）所示。壓縮型橡膠懸置比較適用于壓縮變形量大、剪切變形量小，質量較大而激振力較小的動力傳遞；剪切型正好相反，適用于質量較小而激振力較大的動力傳遞；傾斜型調節壓縮型和剪切型的壓縮變形和剪切變形，可以滿足質量大且激振力大的動力傳遞，但是受限于安裝空間。

（2）液壓懸置元件。在橡膠懸置材料無法滿足日益增長的需求的情況下，液壓懸置的設想別提出，其動剛度和阻尼同時具有頻變特性和幅變特性，能滿足不同頻率段的隔振要求。其根據控制方式的不同，可分為被動式、半主動式和主動式三種類型。[4]被動式液壓懸置主要通過改變液體的流量進而控制阻尼的大小，利用阻尼的可控性滿足各頻率振動時的減振限位要求。半主動控制式液壓懸置在被動式的基礎上加入控制單元與執行機構，可以半調控式地影響懸置的動態響應。主動式液壓懸置即加入傳感器、制動器、控制單元等部件，由傳感器接受振動與控制反饋信息，制動器產生一部分的動態力和被動式液壓懸置較大地抵消振動力，從而實現優良的減震效果。半主動控制式與主動式液壓懸置因結構復雜，制作成本較高，所以未廣泛運用于汽車懸置系統。現今懸置系統也已經發展到電、磁流變液等先進懸置發展，可控性越來越高，減振性能得到了進一步的提高，提供給駕駛者和乘客更好的駕駛體驗和乘坐體驗，相信越來懸置裝置會向著主動控制方向發展。

2.2 懸置元件數目

汽車車輛動力總成懸置系統通常為三到五個懸置元件，懸置元件材料可自由組織搭配。[5]

（1）三點式。三點式結構簡單，占用空間少，安裝簡易，同時具有很好的順從型，可以保持懸置系統能夠與車身結構保持良好的安裝位置，不易受車身變形影響，但是穩定性較差，容易因其中一點損壞，而影響整個懸置系統，因此受力較小，常用于小型汽車的動力總成上。如圖2（a）所示。

（2）四點式。四點懸置穩定性提高，單個零件的載荷力縮小，整體能承受更大的載荷，但是由于其支撐點的增多，對于汽車車身結構，懸置安裝部位、尺寸、精度等提出了更高的要求，主要應用于受力較大的六缸發動機和大型汽車中。如圖2（b）所示。

（3）五點式。五點式較三點式和四點式，增加了懸置系統的支撐點，使得系統可以承受更大的載荷和扭矩，因此運用于支撐大尺寸、大重量的動力總成；但是由于其為過約束，因此支撐點剛度不宜過大，容易影響車身和動力總成的形體。[6]

懸置點的布置一般為三點式、四點式、五點式三種，而六點式主要運用在某些重型的固定的發動機組上。懸置點的增多可以承受更重、更大型的動力總成，但是由于懸置點的增多勢必影響整體結構的安裝和受力均衡性，影響車身結構的嚴重變形，因此兩者有一定的矛盾性。懸置點的數目應結合材料與位置進行綜合考慮，結合隔振要求等因素優化分析設計。

2.3 布置形式

根據懸置的剛度軸線和相對坐標軸的位置關系，懸置系統的布置方式主要有以下三種：[7]

（1）平置式。布置式最為簡易，其每個彈性支撐點的方向皆平行于坐標軸，控制簡單、安裝方便、布局簡單，但難以實現系統橫向能量的解耦。如圖3（a）所示。

（2）斜置式。斜置式又稱“V”型布置。這是汽車現在布置最為廣泛的布置方式，其中一個方向與坐標軸平行，另兩個方向與坐標軸成同一個角度。其具有較低的彈性中心，較強的橫向剛度，可適當傾斜，利于系統的解耦設計。如圖3（b）所示。

（3）會聚式。會聚式要求所有方向均相交于一點。穩定性較平置式、斜置式均有提高，可以通過調節安裝位置和傾角獲得完全獨立的振動模態。但是其受限于支撐點的空間布置與安裝精度，所有有一定的局限性，因此應用不廣泛。

因此懸置的布置方式也與動力總成的重量、大小、安裝簡易度存在一定的聯系，需要綜合考慮懸置的安裝、支撐力平衡性、車身的結構等因素，并未后期的研究分析，優化設計的解耦提供一定的基礎。

3 結論

本文對汽車動力總成懸置裝置研究分析，針對懸置元件材料、安裝數目、位置三個方面進行比較分析，可得懸置元件的選材主要為了獲得更好的阻尼減振性，安裝數目考慮到車身的支撐平衡性和安裝簡易，安裝位置涉及的是懸置系統更好地提供彈性支承、剛度，利于系統解耦設計，因此三者應該根據研究車型的動力總成和車身結構等因素對懸置系統的元件進行綜合考慮、分析、研究。

參考文獻：

[1]劉貴平.純電動微型客車懸置系統對車內NVH性能影響分析[D].沈陽工業大學，2017：62.

[2]孔振海.柴電混合動力客車動力總成懸置系統的隔振分析與優化[D].南京理工大學，2013：66.

[3]黃家銘.中型純電動客車動力總成懸置系統的優化設計[D].江蘇大學，2016：89.

[4]韋小田.純電動汽車動力總成懸置系統的振動分析和優化設計[D].重慶大學，2015：106.

[5]張小紅.動力總成懸置系統仿真分析、優化和設計流程[D].吉林大學，2012：72.

[6]陳齊.發動機懸置系統的模擬仿真與優化[D].中北大學，2014：83.

[7]趙塹.純電動汽車動力懸置系統仿真與優化設計[D].武漢理工大學，2012：62.

基金項目：浙江農業商貿職業學院2017年院級一般科研項目：“汽車動力總成懸置系統優化研究” （KY201719）