欧阳卡

【摘 要】发动机是汽车的主要振动激励源之一，对汽车NVH特性有很大的影响。汽车NVH性能是衡量汽车品质的一个综合性能指标，是汽车精品化过程中必须解决的关键问题。设计合理的汽车动力总成悬置系统可以明显地降低汽车动力总成和车体的震动。文章介绍发动机悬置隔振的影响因素和发动机的激振频率，以及发动机悬置系统的解耦设计方法。对发动机悬置布置结构（三点悬置结构、四点平置式结构、四点“V”形结构）在成本、装配工艺、平顺性、一致性等方面进行对比，分析对比各结构的优缺点，确定发动机悬置系统结构的选型方法。

【关键词】NVH；悬置隔振；admas；结构选型

【中图分类号】U463.33 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）12-0034-03

动力总成悬置系统作为汽车振动系统的一个重要子系统，其振动的传递特性对乘坐舒适性和整车NVH性能有很大的影响。汽车动力总成悬置系统是指动力总成（包括发动机和变速箱）与车架之间的弹性连接系统，该系统隔振性能的优劣直接关系到发动机激振到驾驶室的传递，影响整车的NVH性能。适当悬置动力总成系统悬置结构形式、软垫参数、布置位置，可以降低发动机振动向驾驶室的传递，由此降低汽车整车的振动和噪音水平，改善汽车的舒适性。本文介绍发动机悬置隔振的影响因素和激振频率，以及发动机悬置系统的解耦设计方法，然后通过东风柳州汽车有限公司实际开发的案例来论述发动机悬置结构如何选型。

1 发动机悬置系统隔振的影响因素

发动机悬置系统主要用于隔振发动机振动，我们希望发动机传给车架及底盘的激振尽可能地小，将发动机总成（汽车动力总成）作为一个空间刚体，则可把发动机总成悬置系统简化为一个弹性体。并且，只有当发动机的激振频率和固有频率大于1.414时，才有可能产生隔振效果。由于无法改变振源的激扰频率，因此我们只能通过改变系统的固有频率，使之避开激扰频率而获得隔振效果。悬置系统固有频率主要受悬置系统的布置几何位置、软垫性能参数和选型结构的影响。发动机悬置系统前悬零件一般装配于发动机缸体前端，后悬零件一般装配于飞轮壳或者变速箱上，布置几何位置受制于周边系统零件的影响，可变动的范围有限。在软垫性能参数方面，降低发动机悬置软垫刚度，对平顺性隔振有好处，但会导致发动机的稳定性差、相对位移大。软垫的变形量大，在振动中产生大的阻尼功使得橡胶发热，寿命下降。因此，在匹配设计发动机悬置系统初期，合理选择悬置的布置结构尤为重要。

2 发动机的激振频率

如果发动机直接固定在车架上，振动和噪音将有直接传播的途径，而合理布置弹性隔振装置，即可切断振动和噪音的通路。分析发动机产生的激振力，可以帮助我们正确地布置和合理地悬置软垫。发动机的主要激振是由气缸体压力变化而引起的扭转脉动（即点火频率）及曲轴旋转引起的1阶振动。发动机的点火频率f=发动机转速/（发动机缸数×冲程转数）。例如：6缸机怠速700转点火频率35 Hz；4缸机700转点火频率23.3 Hz。

3 发动机悬置系统的解耦设计

通常，发动机悬置系统的六个自由度方向的振动是耦合的，这样不但给计算工作带来麻烦，而且导致发动机的振幅加大，振动频率范围过宽。这时要想达到比较好的隔振效果，则需要使用更软的悬置软垫，这将导致发动机总成与周围零部件之间有较大的相对位移，造成与周围零部件相碰撞，破坏整车的平顺性，同时软垫的大位移，又使软垫的应变增大而影响其使用寿命。因此，现代汽车发动机悬置的设计都是朝着完全解耦或部分解耦的方向发展的。由于完全解耦难度较大，因此通常的做法是使几个振动模态获得解耦。

传统的解耦方法主要是通过巧妙地布置结构来获取的，基本原则是以悬置系统的中心主惯性轴为坐标系来布置支承元件，以消除惯性耦合；使橡胶悬置的弹性中心位于系统的扭矩轴上或质心处，消除弹性耦合。

从理论上讲，如果悬置系统的弹性中心存在并能使之与发动机总成的质心重合[如图1（a）所示]，则可使悬置系统在六个方向的振动完全解耦。由于受整车布置的限制，实际上这种布置形式是难以实现的。发动机的主要激励力只有垂直方向和扭转方向，只要在这2个方向获得近似解耦就可以了。如果前、后悬置的平面和扭矩轴垂直，并且前、后悬置的弹性中心均落在扭矩轴线上[如图1（b）所示]，则可使发动机在y方向的横向振动、z方向的垂直振动和绕x轴的扭转振动解耦。

4 发动机悬置结构选型

发动机的悬置系统多采用三点或者四点结构。一般在发动机飞轮端设置1个或者2个支撑点。在飞轮壳或者变速箱上放2个。三点悬置结构，不管汽车如何颠簸、跳动，它总能保证各支点在一个平面上，大大地改善了发动机的受力情况。同时发动机落装便利，易于装配。四点平置结构安装支点近似于在一个平面上，颠簸、跳动有一定过约束，但是相对也较小。四点“V”形结构安装支点不在同一个平面上，汽车颠簸、跳动，会存在过约束，发动机受力会变差，并且零件各方面累计公差更大，导致车辆一致性差。在隔振方面，四点平置式结构由于前悬远离扭矩轴，隔振效果稍差于四点“V”形结构。三点悬置和前悬“V”形结构，布置尽量靠近扭矩轴，可以达到很好的隔振效果。在成本方面，由于三点悬置结构零件多，且受制于布置空间限制，零件连接距离大，导致三点悬置结构悬置系统重量较重，零件数量多，零件成本高。表1为各结构的分析对比。

悬置系统的隔振特性主要取决于发动机悬置结构形式、布置几何位置，以及悬置软垫的性能参数等特性。对悬置系统相关参数进行合理配置，以达到最大的减震和隔振效果。目前，动力总成悬置系统的设计方法就是通过优化计算，合理设计悬置的刚度、布置和结构形式，使整个悬置系统具有较高的振动解耦程度，减少发动机和车间的振动传递。

下面介绍东风柳州汽车有限公司匹配某四缸机总成悬置系统结构选型分析案例。发动机怠速为700转/min，激振频率为23.3 Hz。發动机悬置系统隔振计算输入参数，包含动力总成参数、发动机悬置软垫动静刚度、布置几何位置及结构。

（1）动力总成参数包含转动惯量、重量、重心参数，需要通过转动惯量测试仪测量获取。动力总成包含变速箱和发动机总成，如果不好直接测量，总成参数可分别对变速箱和发动机单独测量，然后通过admas对参数合成为总成参数。该动力参数总成总质量为743.59 kg，动力总成重心为x=276.86，y=1.76，z=117.64，转动惯量及惯性积分别为Ixx=33.97，Iyy=147.39，Izz=137.43，Ixy=-1.16，Ixz=22.18，Iyz=-6.18。

（2）軟垫动静刚度根据软垫本身特性、软垫受力及运用admas隔振计算合理选择，可通过软垫压缩量不超过8 mm的原则，以及运用admas软件在不同刚度下计算解耦以及固有频率进行选取。动静比需要根据软垫厂家的制造能力制造，目前一般动静比要求为1.4。

（3）发动机悬置布置几何位置需要根据解耦设计原理，在满足布置需求的前提下，弹性支点尽量靠近扭转轴（如图2所示）。前悬后悬弹性中心位置需要尽量靠近主扭矩轴。

（4）发动机悬置结构分别采用三点悬置结构、四点平置式结构、四点“V”形结构。前悬布置在发动机缸体前端部位，后悬布置于飞轮壳上。

获取了上述参数后，通过admas隔振分析软件计算，可输出固有频率和解耦率、软垫受力、压缩变形等参数。图3所示为采用三点悬置结构，前悬刚度为x=83，y=81，z=504，后悬刚度x=575，y=125，z=287，Rx向固有频率为9.8 Hz，预计隔振率为77.16%。

发动机悬置结构分别采用三点悬置结构、四点平置式结构、四点“V”形结构进行隔振计算。图4为各个结构采用不同刚度，运用amdas分析软件，计算出来的结果。预计隔振率为根据z向或者Rx向最大固有频率换算对应的隔振率。

通过计算分析，四点“V”形结构预计隔振率为67.54%，四点平置式结构预计最大隔振率为66.63%，三点悬置结构最大隔振率为77.16%。采用三点悬置结构隔振方面最优。而且，三点悬置结构发动机落装便利，易于装配。三个安装支点共面，一致性及受力方面较好。但是三点悬置结构受制于布置空间限制，零件连接距离大，导致系统重量较重，零件数量多。通过综合分析，虽然三点悬置结构成本较高，但为使得车辆得到最佳的隔振性能，提高车间装配人员的便利性，提高产品的一致性及车辆的可靠性，该发动机采用三点悬置结构方案。

5 结语

汽车动力总成悬置系统的结构选择影响到整车的NVH性能、可靠性、生产的制造成本、生产装配便利性及产品的一致性。动力总成悬置系统的结构需要在满足可靠性、布置要求的前提下，尽量采用装配便利、生产一致性好、隔振性能较优的结构方案。通过合理选取发动机悬置软垫刚度，软垫布置几何位置尽量靠近扭转轴等原则，通过隔振解耦计算，分析对比各方案的固有频率及解耦率，综合各方面因素，最终决定发动机悬置采用何种结构形式。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]