优化发动机悬置系统以减少侧向振动和离合器接合抖动
Optimisation ofEngine Mounting System for Reduction in Lateral Shake and Drive AwayShudder on VehicleSAE2017-01-1822 KopalAgarwal and Sandip HazraTata Motors Ltd. 在这项研究中，我们将讨论两个与影响车主的振动有关的问题。第一种称为侧向振动，是指车辆在Y方向剧烈振动时，客户在1200转/分左右的低速下感觉到的侧向振动。乘客的大腿明显感到震动。建立了16自由度刚体模型，对动力传动系统和车身系统进行了仿真。第二个振动问题称为起步抖动（也称为离合器抖动/抖动/抖动），是客户在起步时感觉到的振动。离合器接合时，在车辆中会明显感觉到振动。而抖振的一般解决方案是离合器摩擦与啮合的优化，本文通过对动力总成悬置系统的优化，给出了解决方案。某中型轿车在10～20km/h的行驶过程中，离合器发生抖动，为了减小上述振动，对动力总成悬置系统的设计进行了改进。文中还讨论了悬置系统的改进对NVH整体性能的利弊。 当我们谈到乘用车市场的客户舒适性时，车内噪声、振动和不平顺性（NVH）成为一个主要因素。随着需求的增加和技术的进步，在相同的成本下，如何给消费者更好的舒适感和感受，一直是汽车制造商面临的挑战。不同的汽车制造商使用不同的方法来优化振动，但是许多制造商必须通过测试来调整系统，以解决在汽车开发后期观察到的问题。到目前为止，还没有系统的方法来预测和控制这些问题。 既然有NVH贡献者，也必须有NVH隔离器。这些是用来阻尼或隔离任何不能在源头减少的NVH。车辆NVH隔离器为： 侧向振动是车辆在侧向的一种激励，通常是乘客在大腿处感觉到的。为了找出振动的根本原因，我们进行了不同的测试以缩小振动的范围。对车辆的主观评价建议如下： i、发动机冷机时在~1200转/分时观察到的抖动更严重。它发生在车辆静止和其他档位时。通常，如果发动机冷机时的振动更严重，曲柄扭矩输入可能是一个原因。 Ii、在发动机开、关状态下的运动车辆上也观察到了振动现象。通过观察，发动机可能不是振动源。 在驾驶员座椅、右驾车身侧、右驾发动机侧、LCA和转向节右侧位置进行的测量显示了不同的情况。 i、在与报告的振动相同的频率范围内，没有明显的动力传动系激励（图2、3、4）。 ii、最明显的DSR加速度出现在X方向13~18Hz（3800-5100rpm）处（图5、6、7）。 Iii、由于临界频率远低于0.5Eo，且发动机侧加速度与DSR处观察到的临界峰值没有任何相关性，因此振动既不是由发动机及其刚体模态引起的，也不是被其放大的。 测量的可能根本原因似乎与车轮和/或车轮悬挂有关（图8、9、10）。 当进行与车轮和轮胎相关的试验时，无法得出结论性结果。 最后，似乎没有可能确定的根本原因造成这种振动。作为所有检测机构遵循的通常趋势，如果未确定根本原因，则应隔离或阻尼源头，使其不会到达乘员厢。这种方法多次也有助于减少项目时间和成本。在发动机、变速器、传动轴或悬架等总成上进行更改是一种成本高昂的方法，通常会以延长项目时间为代价。 试图检验发动机悬置系统对侧向振动的贡献。对于通过发动机悬置优化系统，有三种可能的情况： 与选项2和选项3相比，上面的选项1最容易实现。本文作者：徐旺等。[1]给出了一些可以试验的方向。与徐旺进行的测试类似，对侧向安装发动机的左侧发动机悬置进行了改装，并进行了侧向振动测试。通过添加橡胶层和关闭止动器间隙（图11），动力传动系统的侧向（Y方向）运动受到限制。这为动力总成提供了额外的侧向刚度。Y向刚度由Kby增加到10Kby。出乎所有人的意料，侧向震动减少了90%。 如[2]所述，设计了原方案6自由度和16自由度模型，并获得了动力总成的刚体模态。与文献[1]相似，在提高RHS悬置的侧向刚度后，刚体模态发生了位移。滚动模式（Rx）从13Hz切换到14.5Hz（图12-13）。在当前的安装配置文件中，无法加强与左侧悬置类似的右侧悬置。因此，只有左悬置被更改。 虽然较硬的支座可以降低侧向振动水平，但它可能会降低车辆的NVH性能。为了了解这对车辆的影响，必须进行动力总成悬置性能NVH测试。在这种情况下，测试是作为具有和不具有更硬Y方向的悬置的比较性能进行的。测试结果表明，怠速（图14）和噪声（~1dB）下的性能略有下降。这种恶化仍在既定目标的可接受限度内。 当离合器部分接合而不是完全接合时，摩擦振动通常称为离合器抖动、抖动或抖动。PaulMaucher[6]已经详细解释了离合器抖动的根本原因、它的理解以及振动如何传递到车辆上，但为了理解，我们将进行简短的解释。 4、由于离合器和离合器片之间缺乏平行度，夹紧负载波动。 离合器接合期间，传动轴从静止状态加速到发动机转速。当没有抖动时，传动轴的加速度非常均匀。然而，当涉及抖动时，振动以周期性扭转振动的形式出现，直到变速器达到下图15所示的发动机转速。 摩擦系数随滑移速度的增加而减小是引起颤振的主要原因。这可以通过改变离合器的材料来解决，从而增加离合器和离合器片之间的摩擦系数。用文献[6]解释的颤振试验可以确定摩擦系数的梯度。 通过修改离合器轮廓/材料来解决离合器抖动是可能的，但这种解决方案在车辆开发阶段之后可能是一件昂贵的事情，许多时候原始设备制造商可能无法接受。在这种情况下，动力总成悬置系统可以帮助隔离从变速器到车身到乘客的振动传递。动力总成（PT）悬置系统的作用是将动力总成支撑在车身上，并将振动从PT传递到车身。因此，发动机悬置的改进也有助于减少离合器抖动。 虽然发动机悬置系统的设计不考虑离合器抖动作为设计目标之一，但有时为了支持车辆的整体性能，悬置系统会进一步优化。为EM系统性能设置的一般目标是： 除了上述目标，悬置设计是为了解决任何其他NVH问题面临的OEM。最常见的做法是降低悬置的刚度。这会自动将PT与车身隔离，有助于提高NVH。然而，这种选择通常是危险的，因为悬置的一个重要作用是保持来自动力总成的重量和负载。因此，这种方法通常会干扰悬置耐久性性能。 在目前的工作中，测试项目团队最初使用相同的方法来降低悬置刚度，以实现更好的隔离。悬置系统刚度降低50%的原方案设计预期悬置。在表1中。1-3，可以注意到随着悬置刚度的降低，主观评级的提高。 由于降低悬置刚度始终是耐久性的一个问题，因此需要进行更多的试验，以观察每个悬置对隔振的影响。观察到B&C悬置对离合器抖动有重要影响。这也与理论相关，因为振动的主要贡献者是离合器接合，因此齿轮箱，只有直接连接到齿轮箱的支座，即B&C支座有帮助。 一辆普通的汽车有3个悬置连接到支撑点上（图16）： 3、C-悬置-用作防扭转装置。C-悬置可以安装在发动机或变速器的任何位置。在目前的工作中，它是放在变速器上的。 观察到的第二点是，由于离合器抖动产生的振动传递与离合器的旋转有关，因此导致NVH的主要因素是PT的旋转刚度。由于试验是在侧向安装的PT上进行的，所以C-悬置是起到抗扭作用的悬置，因此在隔离离合器抖动方面有很大的贡献。 由评估成员组成的小组对不同的DOE进行主观评分，如表1所示，评分为10分，1分最低，10分最高。原方案悬置刚度分别由A、B和C悬置的“Ka、Kb、Kc”表示。 从表1中的DOE3可以看出，当A&B悬置的初始刚度降低近50%时，可以观察到抖动的改善。这对NVH性能有好处，但对发动机悬置耐久性有很高的风险。相对于最大6.5mm的标准做法，悬置的静态位移增加到10mm。为了满足有利于NVH和耐用性性能的刚度规范，需要更多的布置空间，这是不可用的。 在强调了这种低刚度的悬置设计之后，进一步的DOE被用来理解每个悬置的贡献。从表中可以看出，DOE4在降低C型悬置刚度方面，对NVH性能造成了很大影响。因为，耐久性仍然是一个问题，所以我们决定一次增加一个悬置的刚度&检查哪个悬置的贡献最大。如前所述，安装在发动机上的A型悬置贡献最小。这可以在表1的DOE5和9中注意到。将B-悬置的刚度从0.52×Kb（DOE5）提高到0.75×Kb（DOE6），NVH性能几乎没有下降。然而，由于具有非常低刚度的安装设计是耐久性方面的一个关注点，我们决定继续使用0.75*Kb的B-悬置，并进一步使用C-悬置设计。 DOE7给了我们一个C型悬置，通过改变悬置的小衬套进行了修改。如R.Jennifer[10]所示，阻尼随着阻尼层厚度的增加而增加，在车辆上测试了带有较厚小衬套的新型C型悬置。新的小衬套有更多的橡胶厚度，这有助于在变速器端减振。这表明车辆抖动有了很好的改善。如下图17所示，当在小衬套中形成空腔时，进一步改善（DOE10）。 C型小衬套刚度变化见下表2。现有的悬置式小衬套的厚度增加了4毫米，以改善阻尼。C悬置小衬套的设计如下图17所示。 颤抖程度的最终降低如图18所示。随着上述PT悬置系统的变化，峰值加速度显著降低。 虽然较软的改性C型悬置有助于减少离合器抖动，但有时可能会增加噪音和振动。在这种情况下，怠速峰值振动有所增加，但增加的幅度不足以恶化整个NVH性能（图19）。 本文的工作表明了发动机悬置系统对发动机侧向振动和离合器接合抖振的贡献。 侧向震动是在车辆低速时观察到的振动，在车辆Y方向的大腿处感觉到。由于无法确定抖动的根本原因，项目团队决定尝试优化悬置。Y向刚度的增加对减振效果有显著影响。仿真结果表明，当Y向刚度增大时，横摇模态由13Hz向14.5Hz转变。这种横摇模式可能与悬架模式重合，因此增加Y-dir方向的刚度可消除侧向振动。Y向刚度的变化使怠速和进气噪声略有恶化。 离合器接合时发生起步抖动或离合器抖动。尽管人们总是倾向于通过更换离合器来解决问题，但也可以通过调整发动机悬置来解决同样的问题。这种方法有助于减少时间和成本，特别是在时间非常关键的车辆开发后期观察到问题时。研究表明，与变速箱直接连接的悬置比与发动机连接的悬置有更大的贡献。同时还观察到，由于离合器在动力总成横摇方向发生抖动，C悬置起到了横摇限制器的作用，因此C悬置起着将离合器与车身隔离的主要作用。然而，这种策略与怠速振动有一个小的折衷。 对于未来的项目，变速器团队应在其设计阶段考虑离合器抖动，并采取必要措施从根本上防止离合器抖动（程序的详细说明见[6]）。 因此，可以得出结论，使用更硬的悬置有助于解决侧向振动问题，而在变速器端使用更软的衬套（或更平滑的渐进式悬置）有助于解决车辆的起步抖动，并有可能在怠速和驾驶室噪音上进行小的折衷。 1. Wang X., Yao W.and Yang Y., “Modification of front wheel drive vehicle enginemounting system for reduction of drive-away shudder,” 20thInternational Congress on Sound & Vibration, 711 July 2013. 2. Agarwal, K.,Hazra, S., and Kolage, V., "Virtual Analysis of Engine MountStiffness and Stopper Gap Tuning for Better NVH Performance,"SAE Technical Paper 2017-26-0196, 2017, doi:10.4271/2017-26-0196. 3. Bang, J., Yoon,H., and Won, K., "Experiment and Simulation to Improve KeyON/OFF Vehicle Vibration Quality," SAE Technical Paper2007-01-2363, 2007, doi:10.4271/2007-01-2363. 4. Fu J., Pang J.,Hi C., Xu X., eta., “Study of startup transient vibration of avehicle with 3-cylinder engine”, Internoise Technical Paper2014. 5. Lee, Y., "Studyon Transient Vibration Response Characteristics of Front TransversePower Train at the Key On/Off," SAE Technical Paper2007-01-2283, 2007, doi:10.4271/2007-01-2283. 6. Maucher, D.P.,“Clutch Chatter,” presented at LuK Symposium, 1990 7. Newcombe, T.P.and Spurr, R. T., “Clutch Judder,” InternationalAutomobile Congress of Fista 1972, 1/16 8. Jarvis, R.P. andOldershaw, R.M., “Clutch Judder in Automobile Drivelines,”Prc Instn mech Engrs. 1973, Vol 187 27/73 9. Krause, R.,“Selbsterregte Relbschwingungen bei Kupplungslamellen [SelfInduced Vibrations in Clutch Plates],” Siddertation, Karlsruhe1965. 10. Renninger, J.,“Understanding Damping Techniques for Noise and VibrationControl,” Aearo E-A-R Specialty Composites Indianapolis,Indiana Definitions/Abbreviations DOE - Design ofExperiments Kby - Stiffness ofLHS mount in Y-direction LHS - Left Hand Sidewhen observed from driver seat RHS - Right HandSide when observed from driver seat KEF - Kinetic EnergyFraction Kx - Stiffness ofC-mount small bush in X-dir Ky - Stiffness ofC-mount small bush in Y-dir Kz - Stiffness ofC-mount small bush in Z-dir 【免责声明】本公 众 号所刊载上述内容，资料等来自于网络、社会实践、个人总结、技术论坛等，对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如果您认为我们的授权或者来源标注与事实不符，请告知我们，我们及时修订或删除。谢谢大家的关注。
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首次发布时间：2023-04-12
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