李鵬超

摘要：本文通過打擊中心理論，發(fā)動機缸體后端面彎矩的校核，結(jié)合動力總成在整車的布置位置，對某重卡發(fā)動機懸置系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，同時運用ADAMS軟件對發(fā)動機懸置進(jìn)行解耦分析。結(jié)果表明，懸置系統(tǒng)的設(shè)計滿足隔振要求。

Abstract： In this paper， the engine mounting system of a heavy truck is designed through the strike center theory， the checking of the bending moment of the rear end face of the engine cylinder block， and the layout position of the powertrain in the whole vehicle. At the same time， the engine mounting is decoupled and analyzed by using ADAMS software. The results show that the design of the mounting system meets the requirements of vibration isolation.

關(guān)鍵詞：動力總成;懸置系統(tǒng);ADAMS;重卡

Key words： powertrain;mounting system;ADAMS;heavy truck

中圖分類號：U463.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）24-0013-03

0? 引言

發(fā)動機是汽車的動力源，同時也是汽車最主要的振動源，發(fā)動機振動經(jīng)懸置系統(tǒng)傳遞至車身或車架，進(jìn)而引起車身或車架側(cè)的振動[1]。對于現(xiàn)階段重卡發(fā)動機懸置隔振主要是通過在動力總成與車架之間增加橡膠彈性元件，用來隔離發(fā)動機的振動傳遞到車架側(cè)，減小車架側(cè)的振動;同時隔離車架側(cè)受路面或車身的振動與沖擊傳遞到動力總成，保護發(fā)動機與變速器的振動被放大從而降低零件的損害。因此合理的設(shè)計懸置系統(tǒng)，不僅可以提升整車NVH性能，同時可以保護零件、提高產(chǎn)品可靠性，改善汽車平順性。所以動力總成懸置系統(tǒng)在汽車設(shè)計中起著重要的作用。

汽車動力總成懸置系統(tǒng)是指動力總成（發(fā)動機、離合器、變速器等）與車架之間的彈性連接系統(tǒng)，包括懸置支架、懸置彈性元件、動力總成。汽車動力總成在整車中的布置有橫置與縱置倆種不同布置方式，而不同動力總成結(jié)構(gòu)在不同整車上的布置空間也存在各種差異。在工程設(shè)計中各種因素導(dǎo)致動力總成懸置系統(tǒng)限制條件各不相同，布置方式也多重多樣。每款車型發(fā)動機、變速器調(diào)整，或整車布置位置調(diào)整，動力總成懸置系統(tǒng)都需要做分析校核，以保證懸置系統(tǒng)支撐的可靠性和隔振性能。對于6缸機的大馬力重卡懸置設(shè)計，常規(guī)型動力總成采用縱置式布置，布置時需要考慮整車的布置邊界。發(fā)動機在整車布置時有時因特殊配置需要做縱向移動，或調(diào)整發(fā)動機傾角來解決發(fā)動機在整車中的布置問題。因此懸置固定點需結(jié)合理論與車型布置、計算等綜合確定懸置固定點。對于懸置系統(tǒng)的最重要的振動隔振性能目前主要通過模態(tài)仿真，通過軟件對懸置系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，計算系統(tǒng)頻率，系統(tǒng)解耦率程度。懸置的隔振根據(jù)整車開發(fā)目標(biāo)或懸置設(shè)計經(jīng)驗參考確定初版狀態(tài)，最終以整車NVH實測評價判定以及道路的可靠性實驗，確定懸置系統(tǒng)的可靠及性能。

本文根據(jù)某重卡動力總成結(jié)構(gòu)及整車布置邊界及其它因素，對動力總成懸置系統(tǒng)在工程實際中進(jìn)行設(shè)計與分析。設(shè)計時根據(jù)動力總成在整車布置位置運用打擊中心理論、扭矩軸、整車邊界、產(chǎn)品的通用化確定懸置支撐點位置。再根據(jù)力、力矩的平衡原則計算出前后懸受力，校核發(fā)動機飛輪殼彎矩是否滿足。最后通過ADAMS軟件對懸置系統(tǒng)進(jìn)行簡化建模做振動仿真分析，得出懸置系統(tǒng)的6階固有頻率以及系統(tǒng)的解耦率程度。從而設(shè)計出懸置系統(tǒng)初版的理論隔振性能，為后續(xù)的實驗及生產(chǎn)裝車提供了有效依據(jù)。

1? 懸置點設(shè)計

對于縱置式重卡發(fā)動機懸置系統(tǒng)，在設(shè)計初期結(jié)合整車布置邊界，現(xiàn)有資源情況等默認(rèn)四點懸置優(yōu)先設(shè)計。如設(shè)計中分析四點懸置不滿足時，再增加輔助支撐結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步計算。某重卡動力總成在整車布置后，對其做簡化圖處理，運用撞擊中心理論確定前后懸置質(zhì)心相對發(fā)動機質(zhì)心的X向比例關(guān)系，再用慣性軸線確定懸置點Z向。通常情況懸置點無法滿足理論位置，實際中懸置還需要根據(jù)整車邊界等因素確定。懸置硬點需在整車邊界基礎(chǔ)上向理論懸置點靠攏，實現(xiàn)最優(yōu)懸置布置位置。動力總成布置如圖1所示。

采用打擊中心理論確定前后懸置點的縱向位置，使前后懸置點處在互為撞擊中心位置，滿足公式

式中：a、b分別為前后懸質(zhì)心距動力總成質(zhì)心水平距離m為發(fā)動機與變速器合成質(zhì)量，Jy為動力總成繞Y軸的轉(zhuǎn)動慣量。撞擊中心簡化圖如圖2所示。

根據(jù)發(fā)動機、變速器質(zhì)心參數(shù)繪制動力總成質(zhì)心軸線。簡化圖如圖3所示。

根據(jù)上述撞擊中心方法、扭矩軸位置分布，結(jié)合實際工程中的懸置在整車邊界，初步確定了懸置在整車的硬點位置，根據(jù)軟墊結(jié)構(gòu)采用平置布置。整理后懸置在整車坐標(biāo)點如表1所示。

在懸置點位置確定后，對動力總成前后懸受力計算，校核發(fā)動機缸體后端面彎矩是否滿足要求，用來確定動力總成懸置是否采用輔助支撐結(jié)構(gòu)[2]，以滿足懸置系統(tǒng)的可靠性。分析如圖4所示。

以發(fā)動機前支撐點為旋轉(zhuǎn)中心列力矩平衡方程求解，有

則

由懸置受力平衡條件，有

則

飛輪殼彎矩計算，有

由圖4及平衡方程式計算，對參數(shù)及計算結(jié)果進(jìn)行整理如表2、表3所示。

經(jīng)計算后得出飛輪殼彎矩值441小于允許彎矩值1600，懸置系統(tǒng)可以采用四點懸置結(jié)構(gòu)。如彎矩計算結(jié)果大于飛輪殼允許彎矩值時，需要在變速器上增加輔助支撐加以匹配，按帶輔助支撐結(jié)構(gòu)重新計算校核?；蛉缕脚_開發(fā)時后懸置點可后移，也可采用此種后懸位置調(diào)整方法的四點懸置布置，無需增加輔助懸置結(jié)構(gòu)匹配。四點與五點、六點結(jié)構(gòu)需根據(jù)平臺開發(fā)及懸置系統(tǒng)的開發(fā)對比擇優(yōu)選取，在此不做分析介紹。

2? 懸置仿真解耦分析

在Adams-View[3-5]模塊下建立動力總成仿真模型，模型建立時可將動力總成簡化為剛體處理，也可將動力總成與懸置系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件。本文主要以剛體簡化單元在軟件中建模，并對動力總成賦予質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)，懸置減振墊簡化為bushing單元，對其賦予質(zhì)心、三向剛度值，動靜比按1.5做參數(shù)附加。再用vibration插件對其進(jìn)行總體模態(tài)做振動分析計算，得出動力總成懸置系統(tǒng)固有頻率及系統(tǒng)解耦率。動力總成參數(shù)、懸置靜剛度、懸置模型分別如表4、表5、圖5所示。

在vibration功能下進(jìn)行模態(tài)振動分析后，查看分析結(jié)果。如圖6所示。

對懸置系統(tǒng)頻率、懸置系統(tǒng)解耦率分析結(jié)果進(jìn)行整理如表6所示。

根據(jù)模態(tài)仿真分析結(jié)果顯示，懸置系統(tǒng)6階固有頻率均大于1，滿足錯頻要求。懸置系統(tǒng)解耦Z向垂直跳動與Rx繞X軸轉(zhuǎn)動解耦率均大于85%，其余方向解耦率大于70%滿足要求。

隔離振動用數(shù)學(xué)的表示方法就是傳遞函數(shù)，指傳遞函數(shù)越小越好，即激勵力經(jīng)過隔振系統(tǒng)傳遞到隔振端的力越小越好。傳遞率曲線是隔振核心曲線圖，通過曲線圖可以看出傳遞率大于1為振動放大區(qū)，當(dāng)激勵頻率小于固有頻率倍的時候，處于共振區(qū)。當(dāng)激勵頻率大于固有頻率倍的時候，此時系統(tǒng)處于隔振區(qū)傳遞率小于1為隔振區(qū)。當(dāng)激勵頻率與固有頻率一樣的時候，共振幅值達(dá)到最大值。傳遞函數(shù)如圖7所示。

確認(rèn)發(fā)動機懸置系統(tǒng)固有頻率傳遞函數(shù)值，經(jīng)計算發(fā)動機怠速激勵頻率與懸置系統(tǒng)固有頻率比值為1.67大于，即懸置系統(tǒng)固有頻率處于隔振區(qū)，滿足隔振要求。

3? 結(jié)論

本文從工程實際角度對懸置點的分析，懸置受力計算，發(fā)動機飛輪殼彎矩校核，確定了發(fā)動機四點懸置布置位置。通過運用ADAMS仿真軟件對動力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真分析，得出某重卡動力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計隔振滿足要求。方法為：①通過撞擊中心理論確定前后懸縱向距離關(guān)系，通過扭矩軸及整車邊界確定懸置點位置。同時結(jié)合懸置受力點計算，發(fā)動機飛輪殼彎矩的校核確定了四點懸置在整車的布置位置;②通過ADAMS軟件對動力總成懸置系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)仿真分析，得出懸置系統(tǒng)固有頻率、懸置系統(tǒng)解耦率，懸置系統(tǒng)固有頻率在隔振區(qū);③通過以上方法設(shè)計出某重卡發(fā)動機懸置系統(tǒng)滿足動力總成隔振設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

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