某项目悬置布置方案案例
一般在分析动力总成悬置系统振动问题时，由于其固有频率远远低于动力总成和车架弹性体振动频率，因此习惯上将动力总成看做空间运动刚体，把车架看成固定刚体，弹性悬置元件可以简化为具有三个主刚度轴的弹簧阻尼元件。由理论力学可知，空间刚体运动有6个自由度，这样，发动机悬置系统振动问题就简化为6自由度空间刚体振动问题。该系统可以看做整车振动的一个子系统，在研究该系统的刚体模态时，它受其它子系统的影响很小。 一般地，对动力总成—悬置这样6个自由度刚体振动系统，各个自由度之间存在运动耦合，即一个方向的激励不但可以引起本方向的振动而且还可以引起其它方向的振动，这就使动力总成振动比较复杂和剧烈，显然是工作过程中不希望出现的。而且，当各阶振动耦合时，会导致系统振动的最高频率上升，扩大了引起共振的频率范围。动力总成悬置系统设计的基本原则是解耦布置，即消除各自由度间的弹性耦合和惯性耦合。这种解耦布置方式的优点是当动力总成上作用有一个方向的激振力或力矩时，系统仅在该方向产生响应，而不影响其它方向的运动。理论上，当系统所有弹性元件的等效弹性中心与被支承物体的质心重合时，即悬置做汇聚式布置时，系统可以实现完全弹性解耦，即各自由度间的刚度影响系数为零，系统刚度阵成为对角阵。但实际的发动机悬置设计中，由于受安装空间和制造工艺等因素的限制，不可能将悬置元件布置在系统任意位置上或布置为任意方向，因此汇聚式布置在汽车发动机悬置系统中难于实现。悬置系统的作用是降低发动机振动的传递和控制发动机位移，悬置系统设计应包括以下几个目标：- 动力总成悬置系统的最高阶固有振动频率应小于发动机工作中的最小激振频率的0.717倍，以实现减振的作用；
- 动力总成在诸如汽车起步、制动、转向等极限工况下位移值不能超过允许取值；
- 悬置支架应有足够的强度，以承受动力总成悬置系统的各种工况载荷；
- 悬置支架应有足够高的固有频率，避免在各个工况激励下产生噪音影响；
此项目车型的底盘与一汽威姿类似，发动机选用东安汽车发动机制造有限公司的DA4G18发动机。根据此车型的底盘和发动机的工艺特点，结合我们以往的系统开发经验，我们推荐悬置的布局方式为：平衡扭矩轴系统即在动力总成的扭矩轴的两侧布置2个悬置，（推荐至少1个悬置采用液压形式，如不考虑价格目标最好2个都选用液压悬置，具体情况需进行详细的系统计算才能确定）。此2个悬置需具备较大的3向刚度，对动力总成的自重及Z向跳动起主承载作用。另外2个悬置主要起约束扭矩作用。详见下图
此布局方案的优点是跳动和纵摇及扭矩解耦性良好，适合4缸机扭矩波动较大的振动激励特点。他的缺点是纵摇模态和扭矩模态之间调整较难，悬置布置的位置要求比较高。由于目前数据还不全，扭矩轴的空间位置无法计算得出，但是凭以往的开发经验，从数模的空间点位来看，左右2个悬置的安装点基本在扭矩轴周围，应该能够通过悬置支架的微调来满足位置要求。根据动力总成悬置系统的设计原则，汽车发动机悬置系统的主要作用应该分为两个方面：降低发动机振动向车身的传递和控制发动机位移。但两者对悬置元件性能的要求是截然相反的，具体要求表现为：- 为控制发动机位移，在5～20Hz范围内，悬置应具有大刚度，大阻尼
- 为降低振动传递，在20Hz以上频带，悬置具有小刚度，小阻尼。
因此，理想发动机悬置元件的动态特性主要应该满足以下两方面的要求：- 低频大振幅振动时，具有较高的动刚度和较大的阻尼，以限制发动机振动的振幅，防止出现运动干涉；
- 高频小振幅振动时有小刚度小阻尼，降低发动机和车架之间的力传递率。
橡胶是一种由异戊二烯(C5H5)单体构成的链状高分子材料，其中的单键因热运动有某种程度的自由旋转，根据其分子的旋转情况有非常多样的分子形状，这种分子形态的多样性实际上就是橡胶具有弹性的根本原因。而一般固体的弹性，是与原子间隔的变化相对应的内部能量引起的。因此，可以理解橡胶的弹性特征是：弹性模量低，弹性极限高。但是单纯的橡胶材料不能满足发动机对悬置的低频大刚度大阻尼、高频小刚度小阻尼的要求，橡胶悬置设计中只能采取某些性能上的折中。现代汽车向小型、经济、轻量化和高舒适性发展，导致一般轿车普遍采用发动机前置－前轮驱动方式，且多使用平衡性差的四缸发动机，同时车身质量减小，弹性增加，车身刚度减少，导致车身振动水平上升。这种情况下，汽车为达到更好的乘坐舒适性，对其各子系统的振动控制的要求更加严格，因此发动机悬置系统的减振性能必须有明显的改善。传统的橡胶悬置已经不能满足要求，液压悬置成为一种理想的选择。汽车动力总成液压悬置是国外七、八十年代发展起来的一种新型弹性隔振元件。液压悬置，又称为液体阻尼型橡胶隔振器，在传统橡胶悬置基础上增加了内部液体阻尼机构，利用内部液体运动时的惯性和阻尼特性来吸收和衰减发动机振动。它的工作原理类似于动力吸振器，实现的非常巧妙。在发动机低频振动时，液压悬置相当于橡胶弹簧和动力吸振器并联作用的机构，可以很好的控制发动机位移量，最大程度的降低振动传递率；在高频振动时，橡胶弹簧单独作用，由于液压悬置的橡胶主簧多采用天然橡胶，具有较小的阻尼，有利用降低振动的传递。液压悬置克服了橡胶悬置低频阻尼小、高频硬化明显的缺点，做到了在不同的振动频率下具有不同的动态特性，即在低频振动时具有大阻尼大刚度特性、高频振动时具有小阻尼低刚度特性，能够较好的满足汽车动力总成的隔振及车内降噪的要求。动力总成液压悬置的制造工艺比较复杂，它由橡胶主簧、外壳、上连接体、底壳、橡胶底膜、惯性通道体、解耦膜、隔板、阻尼液等组成，而且它要求产品在组装后要求良好的密封效果，并且在液体中不允许存在气体。单个液压悬置的目前市场价格一般在￥80～￥100左右。这样如整套动力总成悬置选用2个液压和2个橡胶件，总体价格大概在￥220～￥250；而普通的橡胶件的制造工艺相对液压悬置来说则要简单些，如整套动力总成悬置都选用橡胶件的话，总体价格大概在￥140～￥180。目前市场上的车型在动力总成悬置的匹配方面已经较多的应用液压悬置，在中高档车型，如上海通用的别克、一汽的奥迪和马自达、广州本田的雅阔等都应用了液压悬置，此类车型的动力总成悬置经过的完整的开发匹配的过程，整车的振动和车内噪音控制效果都较为理想；在中档车如上海通用凯越、一汽小红旗和捷达、沈阳华晨等也绝大多数应用到了液压悬置；在低档车还有许多没用应用到液压悬置。根据整车的安装结构特点，我们推荐左右2侧的液压悬置选用如下图1：
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首次发布时间：2023-02-23
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