縱置發動機懸置系統布置與計算

夏永文 羅春根 曹倩倩

摘要：縱置動力總成布置通常考慮彈性中心理論，其主要目的是為了使扭轉方向與平動方向運動相互獨立，以實現懸置系統更好的解耦性能。由于縱置的左右懸置一般對稱布置，roll向與Z向耦合振動相互抵消忽略，這個可能存在一定局限性。本文通過對懸置系統耦合剛度的研究，綜合考慮各向耦合力的解耦，對懸置布置提出一些改進措施。

關鍵詞：彈性中心;耦合剛度;懸置布置

中圖分類號：U462.3+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0008-02

0 ?引言

懸置系統是動力總成振動傳遞路徑過程中最重要的減振件之一，直接影響動力總成振動傳遞及車內的舒適性。懸置系統解耦率的好壞對懸置系統設計開發起關鍵指導作用。對于縱置懸置系統而言，前期布置解耦直接影響后續的解耦優化，當前通常要求扭矩軸和彈性軸重合以達到布置上的解耦。實際上，由于布置邊界、零件制造等因素的影響，完全重合不太可能，這種情況下，所謂的懸置系統的彈性軸位置，相對扭矩軸在理論范圍內到底高一點好，還是低一點好，這是值得深思的問題。

1 ?概述

對橫置發動機，懸置布置過程中，基本沒有安裝角度的影響，只需要對懸置布置的位置進行控制就可以平衡懸置系統彈性軸/點與動力總成扭矩軸的關系，因此懸置前期布置過程中，對懸置的位置有著嚴格的定義要求。縱置發動機，懸置系統彈性軸/點由安裝位置、安裝角度、橡膠壓減比決定，因此與橫置存在很大的差異性，同樣的控制范圍，縱置懸置布置過程中的傳統彈性軸高于扭矩軸好，還是低于扭矩軸好？為進一步明確布置上的解耦，我們不妨從縱置懸置系統的彈性軸定義開始分析。

2 ?彈性中心理論

對于縱置兩邊對稱布置的懸置，懸置點受到Y向位移時，懸置受力情況如下：

其中：Kw為垂向剛度（橡膠壓縮方向），Kv為切向剛度，θ指懸置安裝角度（如圖1受力示意圖）。

懸置整車方向受力情況如下：

Y向受到位移后，扭矩方向受力情況如下：

綜上可得：

對于前懸置而言，總存在一個點，使roll（繞X）方向存在扭矩時，Y向位移為零。即roll向與Y向耦合剛度Kyrx為零，該點即為彈性中心點。

根據定義，Kyrx為零時，彈性中心點其實僅限于Y向與roll向的耦合剛度的定義，進一步簡化得：

其中，l為壓剪比kw/kv，Z/Y為高寬比。懸置高寬比與壓剪比、安裝角度關系如圖2所示。

如圖2所示，Y向與roll向彈性點與懸置布置規律如下：

①當壓減比越高，其彈性點越高;

②當安裝角度處于23°左右，其彈性點時最高的，隨后，隨安裝角度增大而變小。

通常，縱置懸置系統彈性軸主要按roll向與Y向彈性點進行考量。

3 ?關于roll向與Z向的耦合剛度

彈性中心點主要針對剛體解耦，對于Z向與roll向的耦合剛度，按對稱布置，合成值為零，其實質是針對缸體質心。對于單個懸置而言，繞曲軸方向的扭矩傳遞到車身的Z向位移不可忽略。

3.1 roll向與Z向耦合剛度與懸置參數關系

同理推導，懸置roll向與Z向耦合剛度公式：

根據公式（6），很容易求得關于roll向與Z向耦合剛度的中心點與懸置參數關系，結果如圖3所示。

根據圖3所示，roll向與Z向彈性點與懸置布置規律如下：

①當壓剪比越小，roll向與Z向彈性點越低;這個與前面所述的roll向與Y向彈性點相反。

②角度越小，彈性點越高。對于roll向與Y向彈性點，角度到23°左右時彈性點最高。

因此，這兩種彈性點對于懸置的壓減比和角度布置是有一定的區別。這樣，我們很容易可以驗證兩者對于整車的實際影響。

3.2 縱置布置點驗證

某商用車柴油車開發項目（縱置車型），前懸置安裝角度為30°，根據前述計算，roll與Z（圖4虛線）向及roll向與Y向彈性解耦點（圖4實線）均在扭矩軸上方（如圖4所示），變更壓剪比，由1.5逐漸提升到7，roll與Z向的彈性點往下降低，roll與Y向的彈性點往上升高，兩者趨勢相反。為了驗證趨勢，本方案將壓剪比提高，roll與Z向彈性解耦點離扭矩軸更近，roll與Y向彈性解耦點離扭矩軸更遠。

懸置剛度對比參數如表1，由于整體布置包括角度沒變，僅涉及前懸置剛度比調整，計算模態基本相當。具體變化參數如表1。

將不同壓剪比的方案在同一輛車上進行單一因素驗證，驗證結果見圖5，扭矩軸偏向roll與Z向彈性點時，Z向振動由0.087m/s2降低到0.074m/s2。即垂向振動隨roll向與Z向彈性中心布置優化而有較大的改善。

當然，Y向與roll向的彈性點對點火側傾有著較大的影響，在文獻[6]上有過論述，此處更改壓減比幅度相對較小，點火抖動影響不大。因此，在roll向與Y向彈性點布置范圍內，可以適當的靠近roll向與Z向彈性點。對于縱置懸置系統布置而言，我們常見的縱置液壓懸置，在布置上由于要考慮疲勞性能，不得不采用平置布置，即犧牲Y向與roll向的彈性點，布置上無法完全解耦，這類車型布置往往會在發動機啟動瞬間有點輕微晃動，但由于roll向與Z向布置原因，車輛在原地怠速工況也不一定差。

4 ?總結

通過試驗驗證確認，考慮懸置單體，在縱置布置過程中，roll向與Z向彈性中心點不應被忽略。Roll向與Z向彈性中心點靠近扭矩軸布置方法對車內振動有一定改善作用。因此，建議在縱置懸置系統布置過程中，綜合考慮兩種彈性中心點，以提升懸置系統NVH性能。

參考文獻：

[1]呂振華，范讓林，馮振東.汽車動力總成隔振懸置布置的設計思想論析[J].內燃機工程，2004，25（3）：37-43.

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[4]何渝生，魏克嚴，洪宗林，等.汽車振動學[M].北京：北京人民交通出版社，1990.

[5]溫任林，顏景平.汽車發動機懸置系統多目標優化的研究[J].東南大學學報，1996，26（6）：105-110.

[6]夏永文.縱置動力總成懸置系統解耦計算優化[J].內燃機與配件，2015（10）.