龍祖榮，程志謀，楊 紅，羅彥飛

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545005）

隨著人們生活水平的提高，對(duì)車(chē)輛舒適性能的要求也越來(lái)越高。發(fā)動(dòng)機(jī)是車(chē)輛的一個(gè)主要振源，其振動(dòng)經(jīng)懸置系統(tǒng)傳遞至車(chē)身。所以懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是汽車(chē)減振的關(guān)鍵因素之一。

在懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總成、主要激振力、安裝條件等因素，確定基本的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后借助Adams建立虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上仿真復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能，計(jì)算出模態(tài)頻率和振型、解耦水平等，為我們?cè)O(shè)計(jì)、優(yōu)化一個(gè)懸置系統(tǒng)，提供了高效的途徑。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)總成（發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱）以及數(shù)個(gè)懸置元件，發(fā)動(dòng)機(jī)總成通過(guò)懸置元件與車(chē)身相連。

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的減振性能，受到多種設(shè)計(jì)因素的影響，主要有：

（1）剛度。懸置元件在3個(gè)彈性主軸方向上的（動(dòng)、靜態(tài)）剛度；

（2）阻尼。懸置元件在3個(gè)彈性主軸方向上的（動(dòng)、靜態(tài)）阻尼；

（3）布局。懸置元件的空間布局方式（位置坐標(biāo)）；

（4）角度。懸置元件彈性主軸與動(dòng)力總成質(zhì)心坐標(biāo)軸間的夾角；

（5）質(zhì)量特性。動(dòng)力總成的剛體質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及慣性積。

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的慣性參數(shù)及懸置系統(tǒng)的布局，通過(guò)匹配各懸置的剛度，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體模態(tài)的解耦和模態(tài)頻率的合理分布。模態(tài)耦合將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)總成的振幅加大，共振頻率范圍過(guò)寬，若模態(tài)頻率與激振力的頻率相近，將會(huì)導(dǎo)致共振。

2 Adams在設(shè)計(jì)優(yōu)化中的工程應(yīng)用

2.1 建模

某車(chē)型配備直列四缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)地板有較大的振動(dòng)，因此需要對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)及改進(jìn)。動(dòng)力總成采用三點(diǎn)懸置，左、右懸置與車(chē)身縱梁連接，后懸置與副車(chē)架連接。發(fā)動(dòng)機(jī)總成慣性參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及慣性積

在多體動(dòng)力學(xué)軟件Adams/View中建立發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)總成為剛體，而懸置簡(jiǎn)化為一端固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上另一端固定到車(chē)架上的彈性體，具有沿3個(gè)軸線方向的線剛度和阻尼，在Adams軟件中，軸套（Bushing）工具也具有3個(gè)方向的線剛度和阻尼，因此可用軸套模擬橡膠懸置。車(chē)架視為剛體，軸套（Bushing）一端與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，另一端可直接與大地相連。在模型中給（Bushing）施加相同的三向剛度值，安裝位置參照實(shí)物如圖1所示。

圖1 動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)Adams模型

2.2 懸置優(yōu)化計(jì)算

在模型中建立驅(qū)動(dòng)力時(shí)，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃?xì)鈮毫ρ油貫橹芷诤瘮?shù)，這樣其他相關(guān)的力，用周期函數(shù)近似表達(dá)，就較好地模擬了實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，可以獲取各個(gè)轉(zhuǎn)速下的往復(fù)慣性力和力矩。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)到900～1 000℃，對(duì)活塞的壓力3～5MPa。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=750 r/min。

通過(guò)以上分析，把數(shù)據(jù)代入公式可得：

由于該車(chē)型的發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置、方式以及懸置軟墊的形狀已基本確定，結(jié)合車(chē)型的實(shí)際情況分析，靠發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的右懸置處的車(chē)身縱梁處振動(dòng)比較大，所以懸置優(yōu)化設(shè)計(jì)變量選擇右懸置剛度：

（1）右懸置總成Z方向的拉壓剛度；

（2）右懸置總成X方向的剪切剛度

（3）右懸置總成Y方向的剪切剛度。

從工況條件出發(fā)，依據(jù)有關(guān)振動(dòng)理論并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，確定如下的優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件：

一是懸置處發(fā)動(dòng)機(jī)一側(cè)的位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)幅度，不大于10 mm；

二是質(zhì)心處的位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)幅度，不大于5 mm；

三是為避免懸置動(dòng)態(tài)頻率接近怠速頻率，Z向剛度不大于800 N/mm。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要有懸置元件的振動(dòng)衰減率是否滿足要求；振動(dòng)的解耦程度是否滿足要求；模態(tài)頻率的分布是否滿足要求。第一個(gè)主要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)得，故此，我們首先來(lái)分析后兩個(gè)因素。

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，是一個(gè)空間六自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，沿X方向的運(yùn)動(dòng)稱為縱移，沿Y方向的運(yùn)動(dòng)稱為橫移，沿Z方向的運(yùn)動(dòng)稱為豎移，繞X軸的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為側(cè)傾，繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為俯傾，繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為橫擺。

對(duì)于實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)，其固有振型一般不是單一的沿上述6個(gè)方向的，而是沿著某幾個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)合成，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)激振以后，還存在耦合振動(dòng)，即同時(shí)存在2個(gè)以上的振型。

我們利用Admas/Linear、Admas/Vibaration振塊耦合程度分析和模態(tài)頻率分布分析，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到各個(gè)模態(tài)的固有頻率如表2所列。

表2 6個(gè)模態(tài)的固有頻率（Hz）

振型如圖2所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)6個(gè)模態(tài)振型

6個(gè)模態(tài)中各個(gè)自由度的能量分布，如表3所列。

表3 優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)六個(gè)模態(tài)中各個(gè)自由度的能量分布百分比（%）

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的頻率分布在5～15 Hz，高于車(chē)身的垂直方向的頻率，又低于傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振頻率，是發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的合理頻率分布范圍，優(yōu)化后右懸置的剛度如表4所列。

該懸置系統(tǒng)模態(tài)能量解耦狀況，總體上獲得了一定程度的提高，但由于受到約束條件的限制，懸置系統(tǒng)解耦還無(wú)法完全達(dá)到理想的效果。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果開(kāi)發(fā)新懸置軟墊，分別測(cè)量了懸置及車(chē)身的振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表5所列。

從試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速振動(dòng)有了很大的改善。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，既是復(fù)雜的，又是重要的。本文通過(guò)利用Admas軟件，建立發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的空間六自由度的振動(dòng)模型，在求解懸置系統(tǒng)主要振型和能量解耦的基礎(chǔ)上，優(yōu)化懸置剛度，并根據(jù)優(yōu)化后的剛度參數(shù)，開(kāi)發(fā)懸置樣件；通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了新開(kāi)發(fā)的懸置系統(tǒng)，更好地衰減了動(dòng)力總成向車(chē)身的振動(dòng)傳遞，為以后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]上官文斌.發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)工程，1992，（2）：103-110.

[2]閻紅玉，等.發(fā)動(dòng)機(jī)-懸置系統(tǒng)的能量法解耦及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)工程，1993，（6）：21-24.

[3]李紅松.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)主要特征參數(shù)的計(jì)算分析[J].重慶工學(xué)報(bào)，2005，19（8）：14-15.

[4]史文庫(kù)，洪哲浩，趙 濤.汽車(chē)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36（5）：25-27.

[5]李建康，鄭立輝，宋向榮.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)動(dòng)剛度模態(tài)分析[J].汽車(chē)工程，2009，31（5）：35-38.