孫士杰 王治平

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民群眾的生活水平不斷提高，對(duì)汽車的需求量也在不斷增多。汽車行業(yè)要想滿足人民群眾的實(shí)際需求，必須要積極提高對(duì)汽車性能的評(píng)價(jià)。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)作為整個(gè)汽車振動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其振動(dòng)的傳遞特點(diǎn)對(duì)汽車行駛的舒適性具有非常大的影響。本文通過對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析，詳細(xì)探究汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的重要作用，分別建立汽車前軸垂向振動(dòng)模型和3自由度汽車側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型，積極探究動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)；汽車動(dòng)力學(xué)性能；影響分析

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，人民群眾對(duì)汽車乘坐的舒適性要求也在不斷提高。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的合理優(yōu)化能夠有效提高汽車NVH性能，保障汽車穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)。汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)就是指連接發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱等動(dòng)力系統(tǒng)與汽車底盤之間的元器件系統(tǒng)。由于汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)與路面激勵(lì)傳遞給車身，汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的性能，對(duì)車輛的NVH性能具有非常直接的影響。

一、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)汽車垂向動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響

（一）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)固有屬性的影響

動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中必須要進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，因?yàn)橥ㄟ^解耦設(shè)計(jì)能夠?qū)⒄麄€(gè)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)劃分為獨(dú)立的振動(dòng)，有效降低設(shè)計(jì)的難度[1]。如果假動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)垂向振動(dòng)完全解耦，則動(dòng)力總成的質(zhì)心類似于在前軸上方，由此所建立的動(dòng)力總成軸垂向振動(dòng)模型。

根據(jù)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)固有屬性產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，能夠明確動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，其自身的振動(dòng)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)類型和格陣設(shè)計(jì)具有非常明顯的關(guān)聯(lián)，對(duì)于整車以及其他子系統(tǒng)來說，在配置頻率確定的條件下，頻率越第一，則接任頻率越高，根據(jù)不同車型整車系統(tǒng)的配率顯示，由于動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)自身的配率下限為5-6Hz左右[2]。

在設(shè)計(jì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)時(shí)，一般情況下應(yīng)該適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化無運(yùn)動(dòng)剛體，盡管整個(gè)系統(tǒng)的頻率分布范圍已經(jīng)明確，但是不同頻率依然需要對(duì)各鎮(zhèn)城鎮(zhèn)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。例如在垂向振動(dòng)頻率分析時(shí)，如果忽略具體結(jié)構(gòu)限制，則頻率在可配置頻率上必須要保證其分布區(qū)間為系統(tǒng)分布的可行范圍[3]。

在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻的整個(gè)變化范圍中，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)固有頻率自身必須大于偏平直，而且簧載質(zhì)量偏平的變化，對(duì)整個(gè)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固定頻率不會(huì)產(chǎn)生影響，根據(jù)這樣的規(guī)律也能夠說明在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)固有頻率計(jì)算時(shí)，由于剛性固定基礎(chǔ)假設(shè)不夠準(zhǔn)確，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的彈性系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的固有頻率會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但是變化效果并不明顯。

隨著偏頻的不斷增高，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的剛度值也在擴(kuò)大，此時(shí)動(dòng)力總成與車身的固有振動(dòng)偏直浮卻依然保持不變，根據(jù)這樣的理論，能夠使得整個(gè)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率與偏頻差逐漸增加，根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示。當(dāng)差值在5-15Hz時(shí)，水平的彈簧載質(zhì)量偏頻動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏平的變化對(duì)車身自有頻率并不會(huì)產(chǎn)生影響，而如果動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻位于5Hz以下時(shí)，則會(huì)對(duì)整個(gè)車輛產(chǎn)生明顯的影響。由此可見，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻的變化對(duì)非簧載質(zhì)量固有偏頻沒有明顯影響，但是動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)在垂向頻率設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該避免對(duì)非簧載質(zhì)量頻率造成的影響，否則會(huì)導(dǎo)致兩者之間產(chǎn)生強(qiáng)耦合[4]。

（二）動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)垂向動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響

根據(jù)1/4車輛模型的動(dòng)力學(xué)性能判斷，在垂向動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)時(shí)，主要依據(jù)車身加速度，懸架動(dòng)撓度以及車輛輪動(dòng)迫在當(dāng)車身加速度，過快時(shí)很容易導(dǎo)致乘客身體前傾，影響乘坐的舒適度。懸架動(dòng)撓度則直接影響懸架線位塊的作用頻率，給整個(gè)乘坐舒適度造成影響。車輪動(dòng)載荷會(huì)直接影響車輪接地的變化情況，給汽車駕駛造成影響，通過在1/4車輛模型中增加動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，能夠使整個(gè)車身加速度形成全新的模型，其汽車加速度，實(shí)際上屬于簧載質(zhì)量的加速度，而懸架動(dòng)撓度、車輪載荷與1/4車輛模型的定義相同[5]。

汽車各點(diǎn)速度關(guān)系：假設(shè)汽車沿x軸方向的速度保持恒定，則可忽略動(dòng)力總成相對(duì)車身的縱向運(yùn)動(dòng)，而只考慮其側(cè)向運(yùn)動(dòng)。汽車質(zhì)心速度、前軸速度（動(dòng)力總成）和后軸速度的關(guān)系如圖2所示，三者在x軸方向的投影均為u。 建立汽車3自由度側(cè)向動(dòng)力學(xué)模型的運(yùn)動(dòng)方程：

式中：mp為動(dòng)力總成的質(zhì)量，kg；m和I分別為以車身為主體的汽車其他子系統(tǒng)的總質(zhì)量和通過質(zhì)心繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg和kg·m2；k1和k2分別為前軸和后軸的側(cè)偏剛度，N/rad；a，b和l分別為其他子系統(tǒng)的質(zhì)心至前軸軸線、后軸軸線和動(dòng)力總成質(zhì)心沿x方向的距離，m；k和c分別為懸置系統(tǒng)在側(cè)向的剛度和阻尼；u和v分別為汽車在x軸、y軸方向的速度分量，m/s；ω為汽車橫擺角速度，rad/s；yp為動(dòng)力總成相對(duì)車身的側(cè)向位移，m。 在2自由度模型中，假設(shè)整車的質(zhì)量為M，繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I0。當(dāng)模型中引入動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)后，整車可分為兩部分：一部分是動(dòng)力總成；另一部分是以車身為主體的汽車其他子系統(tǒng)。根據(jù)直接測(cè)得的整車與動(dòng)力總成的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算3自由度模型中車身的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)心位置。

由于行駛工況的變化，并不會(huì)對(duì)模型分析產(chǎn)生影響，系統(tǒng)分析能夠在任意工況條件下進(jìn)行，根據(jù)阻尼變化高低的情況，對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻判斷，當(dāng)阻尼比較低時(shí)則動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻會(huì)明顯上升，車身的加速度也會(huì)呈現(xiàn)先大后小的趨勢(shì)。汽車總成的運(yùn)動(dòng)與非簧載質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)具有比較強(qiáng)的耦合。如果動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)頻頻與非簧載質(zhì)量頻率相等時(shí)，汽車的乘坐舒適性以及動(dòng)力總成對(duì)垂向運(yùn)動(dòng)控制都將受到不利影響，而如果阻尼偏大，則系統(tǒng)的懸置偏頻會(huì)明顯升高，汽車加速度平滑下降。汽車速度比較低的狀況下變化趨勢(shì)也并不明顯，對(duì)于動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的偏頻，會(huì)呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。由此可見，當(dāng)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，對(duì)車輪剛度影響與車身柔度影響基本保持一致，但是懸架動(dòng)撓度，在動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻和阻尼比變化范圍中，車輪動(dòng)剛度的變化范圍也并不明顯，汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)車輪動(dòng)剛度影響，可以忽略不計(jì)。

二、動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)汽車側(cè)向動(dòng)力性能產(chǎn)生的影響

（一）角階躍輸入下的汽車瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 6323—2014汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法》顯示，在汽車前輪通過增加角階躍輸入進(jìn)行順態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)時(shí)，整個(gè)汽車的最高車速按照70%確定，以140km/h為例，角階躍輸入的最終轉(zhuǎn)角與汽車穩(wěn)態(tài)側(cè)向加速度具有明顯的關(guān)聯(lián)，通過對(duì)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)測(cè)向偏頻為5-20Hz的曲線能夠說明，當(dāng)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的偏頻為5-20Hz時(shí)，整體的橫擺角響應(yīng)速度相差不大，但兩者之間的自由響應(yīng)速度卻存在明顯差別，根據(jù)這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚍治?，?dòng)力總成懸置系統(tǒng)偏頻在可行范圍內(nèi)，對(duì)汽車橫擺角速度影響偏小，當(dāng)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)引入之后，卻會(huì)對(duì)汽車橫擺角速度具有非常明顯的影響，當(dāng)自由度模型橫擺角速度響應(yīng)最大值，大于3自由度值。為了能夠準(zhǔn)確的對(duì)汽車轉(zhuǎn)向輸入進(jìn)行響應(yīng)，必須對(duì)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行判斷與分析，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)向角階躍輸入下穩(wěn)態(tài)響應(yīng)之后，整個(gè)汽車運(yùn)動(dòng)曲線會(huì)趨于穩(wěn)定，最終的穩(wěn)態(tài)值也明顯，預(yù)約響應(yīng)速度保持一致。

（二）角脈沖輸入下的汽車瞬態(tài)響應(yīng)分析

根據(jù)汽車最高行駛速度的70%，確定為140km/h，脈沖輸入最大轉(zhuǎn)角，根據(jù)汽車側(cè)向加速度來判斷在1s內(nèi)開始進(jìn)入，角階躍輸入施加過程為0.3s，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向輸入與橫擺角的速度進(jìn)行復(fù)利液變換時(shí)，兩者的比值就是橫擺角速度的頻率響應(yīng)特性。自然流產(chǎn)的相關(guān)因素進(jìn)行分析，現(xiàn)將研究報(bào)告總結(jié)如下。根據(jù)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的偏頻進(jìn)行分析，當(dāng)橫白角的偏頻響應(yīng)速度與兩者之間的自由度具有明顯的關(guān)聯(lián)，當(dāng)轉(zhuǎn)向輸入頻率較低時(shí)，則2自由度模型與3自由度模型之間的橫擺角速度增益并不顯著，轉(zhuǎn)向輸入頻率，接近系統(tǒng)的諧振頻率時(shí)，兩者之間的橫擺角速度增益，具有非常明顯的差別，當(dāng)向位置后角頻率小于0.8Hz時(shí)，2自由度模型的之后角小于3自由度模型，而當(dāng)激勵(lì)頻率增加到0.8Hz以上時(shí)，則2自由度模型的滯后角會(huì)明顯高于3自由度模型隨著頻率的增大，兩者之間的差值也明顯增多，這也說明了2自由度模型具有良好的低頻響應(yīng)速度，3自由度模型具有良好的高頻轉(zhuǎn)向響應(yīng)速度，當(dāng)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的偏頻升高時(shí)，諧振頻率諧振峰值以及向位置后角也會(huì)明顯增加，但是當(dāng)偏頻升高到15Hz之后，則增加的速度明顯放緩。

三、動(dòng)力總成懸置裝置對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)性能的影響分析

如果汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)垂向偏頻設(shè)計(jì)合理時(shí)，整個(gè)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)該大于偏頻值，車身以及非簧載質(zhì)量的固有頻率比沒有明顯變化，且載質(zhì)量偏頻保持在合理范圍內(nèi)，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的固有頻率也不會(huì)發(fā)生明顯的變化，如果動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的垂向阻尼比較低，而且車身加速度會(huì)隨著垂向偏頻升高，出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)，這也說明動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的垂向阻尼較高，對(duì)汽車加速度垂上偏頻速度影響較小。如果動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的頻率比較接近，非簧載質(zhì)量的頻率會(huì)汽車系統(tǒng)的垂向阻力較小，則汽車的加速度也明顯增加，說明動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的垂向偏頻與阻尼會(huì)對(duì)整個(gè)汽車的懸架動(dòng)繞度以及車輪載荷量影響沒有明顯關(guān)聯(lián)，為了判斷汽車對(duì)轉(zhuǎn)向輸入的響應(yīng)，必須充分考慮汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，在汽車轉(zhuǎn)向角階躍輸入下，汽車的橫擺角速度響應(yīng)也明顯變化，但是測(cè)向偏頻的響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)風(fēng)速和超調(diào)量影響較小。隨著動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的側(cè)向偏頻不斷升高，則整車頻率有明顯升高趨勢(shì)，也會(huì)隨著諧振峰值的增大。但是當(dāng)向位之后，角增大到一定程度之后，其變化趨勢(shì)會(huì)明顯減小。

結(jié)束語：

本文通過對(duì)汽車總成動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，分別從汽車前軸垂向振動(dòng)以及3自由度汽車側(cè)向動(dòng)力，兩個(gè)方面來探究動(dòng)力總成的影響變化。根據(jù)本文的研究結(jié)果顯示，動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)作為低頻減震高頻建造的重要組成部分，對(duì)汽車行駛的穩(wěn)定性和舒適性具有非常重要的影響，如果汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)設(shè)置不符合要求，則很難有效提高汽車的乘坐舒適性，必須要確保汽車動(dòng)力動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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