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标题 汽车动力总成悬置系统布置研究
范文

    蒋孙权

    摘 要:以提高汽车舒适性与NVH性能为出发点,简述汽车动力总成悬置系统隔振原理,研究悬置系统的结构形式、结构参数、布置数目、布置方式等相关参数,分析这些因素对汽车悬置系统的影响。研究表明,不同的动力总成、车身结构的汽车对于悬置系统的要求不同,影响后期的优化分析与解耦设计,因此需根据不同车型选择不同的悬置系统。

    关键词:动力总成;悬置数目;悬置布置

    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

    隨着汽车市场、汽车技术和社会经济水平的不断发展,对汽车的舒适性和NVH(Noise、Vibration、Harshness)特性的要求也越来越高。动力总成是传统汽车和新能源汽车最主要的激振源,对汽车的NVH性能有着至关重要的影响。设计合理的动力总成悬置系统是解决汽车振动和噪声,提高汽车舒适性和NVH性能,最为直接的方法。通过对悬置系统的结构形式、结构参数、布置方式等进行研究,可以很好地降低动力总成产生的振动,改善汽车的舒适性。[1]本文主要通过对汽车动力总成悬置系统的元件材料、特性、布置方式等情况进行分析比较,为悬置系统的后续优化研究提供基础技术支持。

    1 动力总成悬置系统隔振原理

    假设隔振系统为单自由度系统隔振,[2]动力总成近似于激振力ft=F0sinωt,在其作用力下,发动机作垂直振动,建立动力微分方程。等式分析求解后,可得不同阻尼系数下的传递率TA与频率比λ的函数,曲线图如图1所示,单自由度系统的传递率TA为实际传递力FT与发动机工作时产生的力F0之比。

    从图中可知,λ< 2时,系统的传递率大于1,隔振后的力比发动机产生的激振力更大,因此不利于隔振,不可取。λ> 2时随着λ不断增大,传递率下降,隔振效果明显,效果较好。因此,悬置系统的隔振选取必须落在λ> 2的工作区内。

    图1 不同阻尼下的传递率变化曲线

    2 动力总成悬置系统元件布置

    动力总成悬置主要进行隔振、支承和限位等工作,悬置元件越软可以承受更多的振动,越硬可以限制动力总成的移动和扭动,因此两者相互矛盾,所以对于悬置元件材料、布置数目、布置方式等选取,是非常重要的,也是所有后续优化设计、分析、研究的立足点。

    2.1 悬置元件材料

    (1)橡胶悬置元件。橡胶悬置材料主要分为天然橡胶和合成橡胶,天然橡胶其刚度和实用性较好,生产成本较低,但是容易氧化;聚丁二烯橡胶、氯丁橡胶、丁晴橡胶等材料耐油、耐热、耐温性都较为良好,但是弹性、稳定性差。[3]

    橡胶悬置元件有压缩型、剪切型、倾斜型三种,如图2(a)、(b)、(c)所示。压缩型橡胶悬置比较适用于压缩变形量大、剪切变形量小,质量较大而激振力较小的动力传递;剪切型正好相反,适用于质量较小而激振力较大的动力传递;倾斜型调节压缩型和剪切型的压缩变形和剪切变形,可以满足质量大且激振力大的动力传递,但是受限于安装空间。

    (2)液压悬置元件。在橡胶悬置材料无法满足日益增长的需求的情况下,液压悬置的设想别提出,其动刚度和阻尼同时具有频变特性和幅变特性,能满足不同频率段的隔振要求。其根据控制方式的不同,可分为被动式、半主动式和主动式三种类型。[4]被动式液压悬置主要通过改变液体的流量进而控制阻尼的大小,利用阻尼的可控性满足各频率振动时的减振限位要求。半主动控制式液压悬置在被动式的基础上加入控制单元与执行机构,可以半调控式地影响悬置的动态响应。主动式液压悬置即加入传感器、制动器、控制单元等部件,由传感器接受振动与控制反馈信息,制动器产生一部分的动态力和被动式液压悬置较大地抵消振动力,从而实现优良的减震效果。半主动控制式与主动式液压悬置因结构复杂,制作成本较高,所以未广泛运用于汽车悬置系统。现今悬置系统也已经发展到电、磁流变液等先进悬置发展,可控性越来越高,减振性能得到了进一步的提高,提供给驾驶者和乘客更好的驾驶体验和乘坐体验,相信越来悬置装置会向着主动控制方向发展。

    2.2 悬置元件数目

    汽车车辆动力总成悬置系统通常为三到五个悬置元件,悬置元件材料可自由组织搭配。[5]

    (1)三点式。三点式结构简单,占用空间少,安装简易,同时具有很好的顺从型,可以保持悬置系统能够与车身结构保持良好的安装位置,不易受车身变形影响,但是稳定性较差,容易因其中一点损坏,而影响整个悬置系统,因此受力较小,常用于小型汽车的动力总成上。如图2(a)所示。

    (2)四点式。四点悬置稳定性提高,单个零件的载荷力缩小,整体能承受更大的载荷,但是由于其支撑点的增多,对于汽车车身结构,悬置安装部位、尺寸、精度等提出了更高的要求,主要应用于受力较大的六缸发动机和大型汽车中。如图2(b)所示。

    (3)五点式。五点式较三点式和四点式,增加了悬置系统的支撑点,使得系统可以承受更大的载荷和扭矩,因此运用于支撑大尺寸、大重量的动力总成;但是由于其为过约束,因此支撑点刚度不宜过大,容易影响车身和动力总成的形体。[6]

    悬置点的布置一般为三点式、四点式、五点式三种,而六点式主要运用在某些重型的固定的发动机组上。悬置点的增多可以承受更重、更大型的动力总成,但是由于悬置点的增多势必影响整体结构的安裝和受力均衡性,影响车身结构的严重变形,因此两者有一定的矛盾性。悬置点的数目应结合材料与位置进行综合考虑,结合隔振要求等因素优化分析设计。

    2.3 布置形式

    根据悬置的刚度轴线和相对坐标轴的位置关系,悬置系统的布置方式主要有以下三种:[7]

    (1)平置式。布置式最为简易,其每个弹性支撑点的方向皆平行于坐标轴,控制简单、安装方便、布局简单,但难以实现系统横向能量的解耦。如图3(a)所示。

    (2)斜置式。斜置式又称“V”型布置。这是汽车现在布置最为广泛的布置方式,其中一个方向与坐标轴平行,另两个方向与坐标轴成同一个角度。其具有较低的弹性中心,较强的横向刚度,可适当倾斜,利于系统的解耦设计。如图3(b)所示。

    (3)会聚式。会聚式要求所有方向均相交于一点。稳定性较平置式、斜置式均有提高,可以通过调节安装位置和倾角获得完全独立的振动模态。但是其受限于支撑点的空间布置与安装精度,所有有一定的局限性,因此应用不广泛。

    因此悬置的布置方式也与动力总成的重量、大小、安装简易度存在一定的联系,需要综合考虑悬置的安装、支撑力平衡性、车身的结构等因素,并未后期的研究分析,优化设计的解耦提供一定的基础。

    3 结论

    本文对汽车动力总成悬置装置研究分析,针对悬置元件材料、安装数目、位置三个方面进行比较分析,可得悬置元件的选材主要为了获得更好的阻尼减振性,安装数目考虑到车身的支撑平衡性和安装简易,安装位置涉及的是悬置系统更好地提供弹性支承、刚度,利于系统解耦设计,因此三者应该根据研究车型的动力总成和车身结构等因素对悬置系统的元件进行综合考虑、分析、研究。

    参考文献:

    [1]刘贵平.纯电动微型客车悬置系统对车内NVH性能影响分析[D].沈阳工业大学,2017:62.

    [2]孔振海.柴电混合动力客车动力总成悬置系统的隔振分析与优化[D].南京理工大学,2013:66.

    [3]黄家铭.中型纯电动客车动力总成悬置系统的优化设计[D].江苏大学,2016:89.

    [4]韦小田.纯电动汽车动力总成悬置系统的振动分析和优化设计[D].重庆大学,2015:106.

    [5]张小红.动力总成悬置系统仿真分析、优化和设计流程[D].吉林大学,2012:72.

    [6]陈齐.发动机悬置系统的模拟仿真与优化[D].中北大学,2014:83.

    [7]赵堑.纯电动汽车动力悬置系统仿真与优化设计[D].武汉理工大学,2012:62.

    基金项目:浙江农业商贸职业学院2017年院级一般科研项目:“汽车动力总成悬置系统优化研究” (KY201719)

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更新时间:2025/2/11 7:55:05