动力总成悬置系统布置设计研究Word下载.docx

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虽然动力总成的转动惯量几一般比几要大得多（3一倍左右），但动力总成的俯仰振动模态频率一般低于侧倾振动模态频率，动力总成的俯仰振动幅值往往小于侧倾振动幅值。

在发动机怠速工况下，动力总成的侧倾振动较大，为了避免动力总成的振动引起车身的低阶弯曲、扭转模态共振，在动力总成悬置系统设计过程中需要合理匹配车身弯曲或扭转振动模态与动力总成刚体侧倾振动模态的频率，同时对动力总成悬置安装点与车身固有振型节线的相对位置关系进行合理匹配。

例如，对于横置式发动机，动力总成的前后悬置不宜跨置于车身弯曲振型节线的两侧。

1.3动力传动系统型式的影响

对于发动机前置—前轮驱动的FF式汽车动力传动系，其动力总成还包括驱动桥主减速器，使得作用在动力总成上的驱动反力矩比FR式汽车大大增加，就要求提高悬置的静刚度。

同时，FF式汽车动力总成与FR式相比，其扭矩轴与曲轴的夹角明显增大，当其悬置系统采用V型布置方案时，往往由于布置空间和布置位置的限制，难以使得悬置组在布置达到使悬置组的弹性中心落在扭矩轴上的目标。

因此，有必要在整车总布置初期预留必要的空间。

1.4整车隔振性能要求对动力总成悬置系统设计的影响

为了抑制路面激起的整车振动，可适当配置动力总成悬置系统的垂向振动模态频率，使其起到控制整车振动的动力吸振器的作用，由动力总成吸收经过悬架传递上来的振动，从而减小车身的振动。

这往往要求动力总成悬置系统有较高的垂向刚度。

2不同动力总成型式下的悬置布置设计

2.1前置后驱式（FR式）汽车

前置后驱式（FR）汽车经常采用对称布置的三点或四点式悬置系统，二者隔振原理基本相同。

在FR式汽车动力总成悬置系统中，多在动力总成质心的左右各有一悬置，在变速器后部选用一点或两点悬置，组成三点或四点式悬置系统。

动力总成质心附近的悬置支承了动力总成质量的60％—80％，起主要隔振作用，被称作主悬置。

而变速器后部悬置的垂直方向刚度较低，主要起限制动力总成振幅的作用，防止其产生俯仰运动，被称作止动式悬置。

动力总成有六个刚体模态，在耦合振动系统中的某一模态受到激发的同时，其它模态振动也受到激发，不利于控制系统的振动。

理想的解耦式振动系统中，悬置系统的弹性中心与动力总成的质心重合，这样六个刚体模态完全解耦。

但由于动力总成在汽车上的安装空间受到限制，无法实现完全解耦。

AdamOpel汽车动力总成采用的三点式悬置系统中，在发动机前部的两侧各有一个与垂直方向倾斜一定角度的解耦式主悬置，在变速器后部有一止动式悬置，如图2-1所示。

考虑到动力总成中扭矩波动、往复惯性力引起的扭振和垂直振动对整车乘坐舒适性有重要影响，因此图3.2所示的悬置系统将扭转振动与垂直振动解除耦合，从而在一定程度上改善了悬置系统的隔振特性。

图2-1FR式汽车动力总成悬置系统

2.2前置前驱动（FF式）汽车

动力总成前置前驱动汽车（简称FF式汽车）结构紧凑，空间利用率高，高速行驶时具有良好的平顺性和安全性，在中、低档轿车中得到了广泛应用。

在FF式汽车中驱动反力矩直接作用在动力总成悬置上，故动力总成悬置除支承动力总成质量、扭矩波动、往复惯性力外，还应支承驱动反力矩作用（考虑到差速器变速比，驱动反力矩是动力总成输出力矩的3—4倍以上），因此，为限制动力总成的振幅，悬置应具有较高刚度，但这与采用低刚度悬置以隔离发动机中高速运转时的振动、噪声的要求相矛盾。

为克服这一矛盾，应在悬置系统中采取相应措施。

动力总成横置的FF式汽车驱动轴平行于发动机曲轴，动力总成输出扭矩和驱动反力矩都作用在动力总成前后悬置上，见图2-2a。

动力总成纵置的FF式汽车驱动轴垂直于发动机曲轴，扭矩激励作用在两前悬置上，驱动反力矩作用在变速箱悬置上，见图2-2b。

由图2-2可知，动力总成横置或纵置时，FF式汽车动力总成悬置系统受力状况有明显差别。

图2-2FF式汽车悬置系统所受力矩

2.2.1动力总成横置时FF式汽车悬置系统配置规律

动力总成横置的FF式汽车悬置系统与FR式汽车相比，尚未形成统一的配置方式。

其原因是：

不同生产厂家设计原则不同、发动机舱布置紧凑、对悬置的隔振水平要求高等。

动力总成横置的FF式汽车采用的三点式悬置系统突破了FR式汽车动力总成悬置系统的局限，有下面三种主要方式：

图2-3b动力总成横置的FF式汽车三点式悬置系统配置方式

（2）

图2-3a动力总成横置的FF式汽车三点式悬置系统配置方式

（1）

（1）在图2-3a所示三点式悬置系统中，在动力总成质心前有两悬置，分别布置在发动机、变速器与车架之间，质心后有一与汽车纵轴偏转一定角度的悬置通过横向支座连接变速器输出半轴和车厢前壁，可支承汽车的起步力矩。

（2）在图2-3b所示三点式悬置系统中，质心前部有一悬置通过横梁与纵梁相连，质心后有两悬置与转向轴相连。

图2-3c动力总成横置的FF式汽车三点式悬置系统配置方式（3）

图2-4动力总成横置的FF式汽车四点式悬置系统配置方式

（3）在图2-3c所示三点式悬置系统中，左右悬置与车架直接相连，其连线通过动力总成质心，动力总成质心下侧另有一悬置与车厢前部相连，起支承转矩作用。

（4）图2-4所示的四点式悬置系统在动力总成横置的FF式汽车上也得到了广泛应用。

悬置系统中前后悬置安装在T型副车架上，发动机顶部悬置和变速箱置固定在整体式车架上。

在悬置系统设计中，应严格控制弯曲模态振型节点在悬置系统中的位置。

由图2-5可知，当振型节点在前、后悬置之间时，座椅接地点垂直振动水平有所提高；

当振型节点在后悬置之后时，座椅接地点垂直振动水平有所降低，这种现象被称作“相量消减”。

由图2-6可知，当激振频率趋于动力总成刚体共振频率时，节点位置向前移动。

这时，系统包括动力总成绕打击中心A作俯仰运动的刚体模态和一阶弯曲模态。

由于刚体共振频率前后的弯曲模态相位相反，因此弯曲振动节点在上述两个弹性模态作用下在刚体共振频率点附近产生移动。

为保证节点位于后悬置之后，应使怠速频率低于动力总成共振频率。

如果车体尺寸太大，无法将动力总成弯曲模态共振频率提高至怠速频率之上，那么应安装动力吸振器，如将散热器与动力总成弹性连接，以在汽车怠速时抑制动力总成的弯曲共振。

这样当汽车怠速时，动力总成悬置系统中只有刚体模态受到激发，振动节点减为一个，并移向打击中心。

将图2-5中前悬置后移，可减少悬置到动力总成扭转轴的距离，降低了悬置系统的扭转刚度，使汽车对动力总成的垂直振动不敏感。

同理，降低图中发动机顶部悬置，可减少动力总成沿纵向向汽车传递的力，使车体对动力总成纵向振动不敏感。

图2-7所示四点式悬置系统中，左、右悬置与车架直接相连，二者靠近动力总成惯性主轴，使动力总成垂直振动和扭转振动解除耦合；

此外，在动力总成前后各有一悬置沿汽车纵向中心线布置，通过对纵向振动不敏感的支座，分别固定在汽车前横梁和车厢前壁上。

2.2.2动力总成纵置的FF式汽车悬置系统配置规律

动力总成纵置的FF式汽车有助于整车质量平衡，工作平稳，尤其有利于降低小型汽车的低速振动。

因为悬置在动力总成弯曲振动节点处不引起车架振动，所以适于安装低刚度的主悬置，由图2-8a可知，纵置直列五缸发动机FF式汽车在动力总成质心处振幅为零，适于安装五点式悬置系统。

因为动力总成前部、中间悬置处振幅约为变速器悬置处的l／3，所以主悬置应布置在前部、中间悬置位置。

此外，应在变速器尾部安装低刚度的止动式悬置。

在纵置直列四缸发动机FF式汽车的动力总成上，无任何一点振动幅值为零，不适于前述节点布置原则，其悬置系统原理与FR式汽车相同，但为支承驱动反力矩作用，应适当提高变速器悬置的刚度。

2.3全轮驱动式汽车动力总成悬置系统的配置方式

与传动系其他布置型式相比，全轮驱动式汽车对动力总成悬置系统提出了更高的要求：

（1）传动系是一个复杂的高刚度扭振系统；

（2）悬置应支承因前轮驱动引起的附加驱动反力矩；

（3）牵引力增加后，意味着悬置因负载变化支承的动载荷增加；

（4）全轮驱动式汽车动力总成尺寸增加，振动质量加大，动力总成的弯曲共振频率有所降低。

如前文所述，全轮驱动式汽车动力总成多布置在汽车前部。

由于动力总成质量增加，发动机侧悬置应布置在发动机附属设备的后部，而变速器悬置有两种方案可供选择：

其一，支承在变速器尾部，组成三点或四点式悬置系统用“长基”表示；

其二，通过副车架与车架相连，组成五点式悬置系统，用“短基”表示，如图2-9所示。

在“长基”悬置系统中，由于动力总成俯仰振动和垂直振动耦合，俯仰振动吸收了大量的振动能量，降低了动力总成的振动强度，从而改善了乘坐舒适性。

此外，“长基”悬置系统还具有悬置数量少，副车架强度要求低的优点。

在“短基”悬置系统中，扭转刚度是常量，且作用距离短，有利于优化动力总成振型，降低噪声水平，并可省略变速器悬置，减少了振动力的传递。

3悬置的布置设计要点

发动机动力总成是通过橡胶悬置支承在副车架上的，而橡胶悬置块是粘弹性元件，二者构成了振动系统，对于这个复杂的振动系统，悬置点的数量和悬置的布置形式直接影响着整个振动系统的固有特性以及振动的解耦情况。

一般轿车动力总成悬置系统通常包括3一4个悬置元件，其中的1一2个为液阻悬置，悬置系统隔振性能的好坏不仅与每个悬置的性能有关，而且与这几个悬置组合后的特性相关。

悬置系统的隔振设计包括:

确定每个悬置元件的静动态特性、安装位置和安装方位。

3.1悬置支承点的数目

悬置点的数目可以有3、4、5及6点等四种类型。

悬置点的数目一般根据发动机变速箱总成的尺寸（特别是长度尺寸）、重量、用途和安装方式等决定的。

3点及4点悬置在汽车上的应用最为普遍，悬置点的数目增多将难以保证各点的受力均衡，当车架变形时发动机和车架失去顺从性，使个别支点因发生错位而受力过大，反而影响可靠性。

3点式悬置与车架的顺从性最好，因三点决定一个平面，不受车架变形的影响。

而且自振频率低，抗扭转振动的效果好。

值得推荐的是前悬置采用两点左右斜置，后端一点紧靠惯性主轴的布置方案。

这种布置具有较好的隔振功能，在4缸机上得到广泛的应用。

而前一点后两点的三点式多用于6缸机。

4点式悬置的稳定性好，能克服较大的转矩、反作用力，但扭转刚度较大，不利于隔离低频振动，必须经过合理设计才可满足4缸机的要求。

4点式悬置在6缸机上的使用最为普遍。

5点式悬置一般仅用于重型汽车上，因为其发动机变速箱总成的重量和长度太大，为了避免发动机缸体后端面与飞轮壳结合面上产生过大的弯矩，不得不在变速箱上增加一个辅助支点，从而形成5点式悬置。

但必须经过负荷计算确定辅助支点的刚度，辅助支点的刚度不能太大必须有足够的柔性，以避免因车架变形而损坏变速箱。

本文研究的动力总成使用的是三点式悬置，这种方式在日系小排量发动机FF横置的轿车应用十分广泛。

3.1.1三点支撑

三点支承的发动机悬置,在我国大客车行业是一种较为常见的形式。

上柴D6114系列发动机和康明斯B系列、C系列及M系列发动机均可采用这种结构形式。

三点支承具有结