动力总成悬置系统开发 李旭东
汽车动力总成悬置系统及悬置设计与实验验证
构发展进行了 统论述， 系 阐述了 各种典型的液阻悬
置的结构工作原理和性能特点及其发展趋势。２０ ０１ 年，王利荣等人也对国外液阻悬置的研究发展进行 了较系统的评述和总结。 １ ９ 裘新等人建立了一种轿车动力总成液 ９ 年， ９ 阻悬置及副车架系统的非线性力学模型， 进行了系 统固有振动特性的模拟计算，同时对液阻悬置和橡
万方数据
汽车动力总成悬置研究的发展／ 季晓刚， 章应雄， 唐新蓬
综
述
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须 率 位幅 移值
夕
变 形－
知 率
（ ） 尼一频 线 ａ阻 率曲
（） 尽可能降低动力总成和汽车车架 １隔离振动， 或车身之间的双向 振动传递， 满足汽车平顺性和舒 适性要求； （） ２支承和限位， 具有控制动力总成相对运动和 位移的功能，能够克服和平衡因最大扭矩输出或紧 急制动而产生的反作用力和惯性力， 避免零部件之 间相互碰撞； （） ３保护动力总成， 防止动力总成个别部位因承 受过大的冲击 载荷而损坏。 应满足发动机制造厂对悬 置支 架的尺寸（ 换言之， 悬置点的 即 位置） 的限制要求； （）悬置系统的零部件必须具有足够的强度和 ４ 可靠性； （） ５悬置系统应装配简单、 拆装方便和维修接近 性好； （） ６悬置零部件应符合通用化、 标准化和系 列化
注１ ． 株胶主赞； 板；． ２隔 ３空气室；． ４下支撑壳； ５稼胶膜；． ． ６中间支 ７节流蛛旋通道； 抹； 人上液室；． 液室 ． Ｂ下
图２ 解辆膜式液阻悬里结构简图
万方数据
综
乘用车动力总成悬置系统开发
程 两边 ， ： 得
Ｉ 。 ． ｌ ｉ ， ｌ
’
［ｋｍ（ ） ｃＯ］ ０ （ １ ＋ ｔ ｘ＝ － ） ｊ ２ Ｆ 由上式得 ， 激励 力 的幅值 ：
（） ４
Ｓ Ｏ
１Ｏ ．
一
● ～ ’
Ｆ ［一 ）２ ］ ＝ １ ２ｊ考 ； （ ＋
式中
（） ５
＝ － ～
汽车的振动、 噪声对 司机和乘客 的健康会造成伤 害， 且影响汽车的疲劳强度和使用 寿命 。 发动机是汽
。
车 的主要 振源 之一 ，动 力总 成悬 置 系统 的设 计水 平
直接影响到发动机的振动传递到车身 的隔离效果的 好坏 ， 从而对汽车的乘坐舒适性有很大的影响。
２ 动力 总成悬置 的隔振原理
∞— — 系统 的激 励频 率 ∞。 一 系统 没有 阻尼下 的 固有 频 率
传递到基础的力为 ：
ｆ＝ ｘ ｃ ＝ｋ ｊ （） ０ ｂ ｋ ＋ ｘ （＋ｃ１Ｘ ｅ ） ｊ （ ６）
计一个 良好的发动机悬置系统 ， 可降低发动机传往 底盘的激振力 ， 延长汽车零部件的使用寿命 ， 提高 （） ７ 汽车的乘坐舒适性能。下文将 以 Ｓ Ｉ Ａ Ｃ某车型为例 介绍 动力总 成悬置 系统 的开 发过程 。
发 动 机 的振 动是 一个 多 自由度 的复 杂 振 动 过
１ 动力 总成 悬置 系统 的功用
１１ 支撑 作用 ．
程， 假设动力装置为一个具有 ６ 自由度 的刚体结 个 构 ，动力总成悬置系统满足要求的解藕条件时 ， 这 个 系统就变成了 ６ 个单 自由度系统 ， 因此可以分别 对每个单 自由度系统进行隔振分析。如图 １ 所示 ， 该系统的单 自由度振动方程为 ：
基于遗传算法的某车型悬置系统优化设计
发动机只是用来发电，可以让发动机运行在高效率区，动力系统会有一个比较高的效率，整车会有良好的燃油经济性。
通过对发动机、电机、电池参数的合理匹配，在软件中对整车进行了整车性能仿真分析，其结果都达到了设计目标。
下一步等样车制造出来后，对实车进行测试，然后与仿真分析结果进行对比。
参考文献:[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1998.[2]徐杨.串联混合动力客车参数选择及仿真[J].设计研究，2006（1）.[3]贾姝超.基于日产e-POWER的串联混合动力系统工况适应性研究[J].2019中国汽车工程学会论文集，2019.表7仿真结果表工况单位数值目标WLTC油耗L/100km 5.57 6.01表8对比表类型动力配置WLTC油耗2022法规目标值HEV双电机串联 5.57 6.27燃油车1.5升增压发动机+手动变速箱1.5升增压直喷发动机+6AT变速箱1.5升增压直喷发动机+8AT变速箱2.0升增压直喷发动机+6AT变速箱2.0升增压直喷发动机+8AT变速箱8.258.838.989.910.125.986.296.296.356.350引言动力总成作为激励源，在车辆怠速或行驶过程中，时刻向悬置被动侧的车架部位传递着振动能量，该振动能量在传递过程中不管为减弱还是放大，都会直接影响客户对车辆的主观感受，所以悬置系统的设计在整车测评中尤为重要。
一直以来，国内外许多学者针对悬置系统的设计、优化问题，进行过大量的研究。
John Brett[1]将优化目标定为车厢，利用“最小响应法”，对悬置系统进行优化设计；Seonho Cho[2]选取座椅和转向柱为优化目标，利用能量解耦法，优化悬置系统，得到较好的结果，使得两个部位振动加速度值均减小；在悬置系统设计中，LE Ooi等[3]人增加了悬置橡胶阻尼及动刚度参数，将运算模型创建的更为准确；针对悬置支反力的研究，周冠南等[5]人利用序列二次规划法，对悬置刚度进行优化，目的使发动机的传递力达到最小；侯勇等[6]人应用遗传算法，对变量参数进行寻优，不仅提高了求解效率，还能得到全局最优解。
电动汽车动力总成悬置系统的多目标稳健优化设计
ｒｏｂｕｓｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍ ｏｔｏｒ ｍｏｕｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ａ ｇｅｎｅｒａ ｌ ｔｏｒｑｕｅ ｒ ｉｐｐｌｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍ ａｇｎｅｔ
基金项 目：２Ｏ１２年度新能源汽车产业技术创新工程“东风小型纯电动轿 车技术 开发项 目”（财建［２０１２］１０９５ ４￣）。
２Ｏ１６年 第 ８期
一 １一
· 设计 开发 ·
目前对于动力总成橡胶悬置系统的研究主要集 中 在 动力总成 固有 特性分析和优 化匹配上 ：文献［２】以悬
置 刚度为设计变量 、能量解耦 为 目标 ，对某 电动汽 车悬 置参数进行 了优化 ，使悬置系统的隔振性能显著提高 ； 文献 ［３］针对发 动机怠速工况 ，将稳健设计 与多 目标优 化相结合 ，对发动机悬 置系统 进行 了稳健性优化设计 。 但 电机与发动机的输 出转矩特性不同，在电动汽车动力 总成悬置系统的设计过程 中，必须充分考虑电机的这一 特 性 。
· 设计 开发 ·
电动汽 车动力总成 悬置 系统的 多 目标 稳健优化 设计 ★
辛付 龙 钱 立 军 方 驰 （１．合肥工业大学 ，合肥 ２３０００９；２．东风汽车公 司技术 中心 ，武汉 ４３００５８）
【摘要 】针对某 电动汽车动力总成悬置系统的稳健性优化问题 ，提出了一种 电机悬置系统多 目标稳健优化方法。基于 有 限元 法 获得 了 电机 的 ｄ、ｑ轴 电感 、永 磁 体 磁链 与 电 流 的非线 性关 系 ，建 立 了考 虑 磁 饱 和及 转 子磁 场 谐波 影 响 的 永磁 同步 电机 （ＰＭＳＭ）的转 矩 波 动模 型 。将 含有 波 动 的 转矩 作 为 ６自由度 悬 置 系统 模 型 的 激励 ，得 到 系统 的 响应 。基 于 Ｐａｒｅｔｏ优 化 原 理 ，利用 基 因 遗传 算 法对 优 化 模 型进 行 全局 寻 优 ，得 到 所有 Ｐａｒｅｔｏ最 优 解 ，并 通过 拉 丁超 立 方 抽样 方 法 找到 Ｐａｒｅｔｏ最 优解 中 动反 力稳 健 性最 优 的结 果 。
汽车动力总成悬置系统位移控制设计计算方法_上官文斌
2006年(第28卷)第8期汽 车 工 程A uto m otive Eng i neer i ng2006(V o.l 28)N o .82006165汽车动力总成悬置系统位移控制设计计算方法**广东省自然科学基金博士启动项目(04300111)和宁波拓普集团2005年度研发基金资助。
原稿收到日期为2005年9月15日,修改稿收到日期为2005年11月4日。
上官文斌1,3,徐 驰1,黄振磊1,李 岐2,李 涛2(11宁波拓普减震系统有限公司,宁波 315800; 21泛亚汽车技术中心有限公司,上海 201201;31华南理工大学汽车工程学院,广州 510641)[摘要] 论述了动力总成位移控制设计的一般原理。
以一轿车动力总成4点悬置系统为例,针对汽车的一特殊行驶工况,对动力总成的质心位移、悬置位移和支承点反力进行了计算。
文中论述的动力总成位移控制的设计思想和计算方法对汽车动力总成的设计具有指导意义。
关键词:汽车动力总成悬置系统,力位移非线性关系,位移控制D esi gn ofM oti on Control f or A uto m oti ve Po w ertrai n M ounti ng Syste m sShangguan W enbin 1,3,X u Chi 1,Huang Zhenlei 1,L iQ i 2&Li Tao211N i ngbo Tuopu Vibra tion Isol a tion C o .L t d.,N i ng bo 315800; 21P an Asi a T ec hn i ca lAu t omotive Cen t er Co.,L t d.,S hangha i 201201;31C olle ge of Au to m oti ve Eng i n ee ring,Sou t h Ch i na Universit y of Tec hn ology,Guang zhou 510641[Abstrac t ] The general pri n ciple for the desi g n o fm otion contro l for auto m otive po w ertrain m ounti n g syste m is presented .A i m i n g at a spec ific driving m ode of a car engine w ith a 4-po i n tsm oun,t the disp lace m ents of cen terof grav ity of po w ertrai n and the d isp lace m ents and reaction forces at mounting points are calcu lated .K eyw ords :Auto m otive pow er t rai n m ounting syste m,N onlinear relation bet w een force and displace -m ent ,M otion control1 前言在汽车动力总成悬置系统振动控制设计中,以下2点为基本设计内容。
动力总成悬置系统设计与分析软件的开发
式中， ｖ ａ ｒ 为设 计 变量 向量 ； （ ｖ ａ ｒ ） 为 系统第 ｉ 阶
ｄ ｉ ａ ｇ （ ［ Ｃ ｃ Ｃ “ ］ ）为悬置 ｉ 的阻尼矩 阵， Ｃ ｃ 和 Ｃ 为
主阻尼 ； Ｂ 为悬置 ｉ 的位置 转移矩阵 ， （ ， Ｙ ， ）为悬 置ｉ 的坐标 。 为悬置 ｉ 的坐标 系 ０ 一ｕ Ｗ 在 曲轴坐
＝
ｌ 一
、 ＿ 一） 一Ｊ
一 ｌ
Ｊ
（ ４ ）
（ ５ ）
ｃ＝∑曰 Ｔ Ｊ Ｔ ｃ Ｔ ｉ Ｂ
：
以六个 自由度上主振动能量的加权和作为优化 Ｅ Ｉ 标函数
∑曰 Ｔ 』 Ｔ Ｔ Ｉ Ｂ
ｒ １ ０ ０ ０ ｚ ｌ — Ｙ ｉ ］
Ｍｑ＋Ｃ ｑ＋
：
１， ２， … ， ６。
＝０
（ １ ）
２ 动力 总成悬 置系统优化模型
２ ． １ 设计 变 量
『 ０ １ Ｌ ０ Ｍ 口 Ｊ
＝
（ ２ ）
（ ３ ）
悬置的阻尼仅在振 动幅值 上影 响系统 响应 ， 对悬
ｄ ｉ ａ ｇ （ ［ ｍ， ｍ， ｍ］ ）
（ ６ ）
ｍ ｉ ＝∑ｃ （ １ 一 Ｅ Ｐ ）
（ １ ２ ）
曰 ｆ ＝ ｌ Ｌ － ０ １ ０一 ０ ｆ ｌ ０ ０ １ ｙ 一 ０ Ｊ
ｒ Ｃ Ｏ Ｓ （ ） ｃ ｏ ｓ （ ｌ ｆ ） Ｃ Ｏ Ｓ （ ｉ ） ］
Ｌ ｃ ｏ ｓ （ ０ ｃ ） ｃ ｏ ｓ （ ｌ ｆ ） ｃ ｏ ｓ （ Ｔ ） ． Ｊ
为使系统不容易产 生共振 及耦 合振 动 ， 固有 频率
应合理分布 ， 有约束方程
式 中， 为 系统 惯性 矩 阵 ； Ｃ为 系 统 阻尼 矩 阵 ；
沙滩车动力总成悬置系统模态分析及优化
沙滩车动力总成悬置系统模态分析及优化朱红霞1,楼贵东1,卓耀彬2,柳维好1,游张平2,江洁2（1.浙江涛涛车业股份有限公司，浙江丽水323000；2.丽水学院工学院，浙江丽水323000）0引言本文所述的新型沙滩车[1-2]动力总成包括发动机、齿轮减速箱和发电机等元部件，其安装在悬置支架上。
区别于旧款车型的刚性联接方式，动力总成悬置支架通过4个橡胶缓冲套筒[3]柔性安装在车身框架上，缓冲套筒起到减低和隔离动力总成振动的作用，从而提高驾驶的舒适度。
由于惯性和气体压力等因素，发动机在运转时会产生周期性振动，从而激发车身框架的振动，降低驾驶的舒适性。
当沙滩车处于怠速状态时，发动机的振动则是引起车身振动的主要激振源。
因此，本文对动力总成、悬置支架和车身框架构成的系统进行结构模态分析[4]，寻找系统的共振频率及结构薄弱环节，并针对薄弱环节，提出对应的优化方法。
动力总成悬置系统模态分析结果有助于优化发动机的转速控制策略，为后续动力学分析和减振优化提供依据。
1动力总成悬置系统模态分析本文应用Abaqus[5]软件进行动力总成悬置系统的模态分析及优化。
1.1动力总成悬置系统模型新型沙滩车整车系统包括动力总成、车身、前轮、后轮、悬架、转向等部分，如图1所示。
基于分析动力总成对车身振动影响的目的，首先建立动力总成悬置系统简化的三维实体模型，再导入Abaqus软件，形成动力总成悬置系统有限元分析模型如图2所示。
此模型忽略了车轮、转向、悬架等结构部分，保留动力总成、车身框架、悬置支架和缓冲套筒等关键结构。
由于动力总成真实结构复杂，为材料定义和网格划分车身框架、悬置支架和动力总成等材质为碳钢，缓冲套筒夹层材质为氢化丁腈橡胶[6]，各材料的物理特性参数摘要：采用Abaqus软件，建立包括动力总成、车身框架、悬置支架和缓冲套筒等关键结构的新型沙滩车动力总成悬置系统有限元分析模型；经过模态分析，计算得到发动机最高工作频率范围内的共5阶模态频率和振型，并分析各阶模态形成的原因；分析得第3阶模态振动方向与活塞运动方向相近，易引起车身框架的共振，是悬置系统结构的薄弱环节；针对此薄弱环节，对车身框架进行优化，通过优化前后的悬置系统模态分析结果的对比分析，达到较好的优化效果；动力总成悬置系统模态分析结果为发动机控制策略优化提供参考，也是后续的动力总成悬置系统动力学分析和减振优化的基础。
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通常的车辆噪音 震颤
弯道行驶 制动/加速
碰撞
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
目标
支承特性
没有摇晃 没有噪音
要求横向软一些
没有振动 没有摇晃
要求横向软一些 要求竖向软一些
没有冲击
竖向硬一些带阻尼，小的变
没有噪音
形
声音轻一点，低沉一点， 没有嗡嗡轰鸣声
摆动支撑
拉伸止位
压缩止位
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摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
内套管支承 受剪力的橡胶弹簧
14/
减震 震颤Stuckern： 1. 路面不平，6Hz－12Hz发动机燃烧不均匀 2. 车轮固有频率12Hz－18Hz 振幅范围：0.1mm 至 几毫米
内部的止位固定方式对高频特性的影响
动刚度随频率的变化 振幅=0.01mm, Fv,stst.=1.1kN
硫化止位
动刚度 N/mm
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摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
止位弹性夹持
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
6/
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动力总成悬置要求
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评判 启动/关闭发动机
怠速 载荷转移冲击 （Lastwechselschlag）
膜片被夹紧
动刚度 (N/mm)
膜片松动
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膜片间隙对动刚度的影响以及隔音特性
19/
频率 (Hz)
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
液力支承：高频Tilger
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
解耦液力支承
工作腔 长流道 流道开口
补偿腔
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
内橡胶弹簧，周向对称，横向较 软
外橡胶弹簧，轴向较硬 上格栅
流道开口 带有间隙的膜片
下格栅 膜囊，几乎没有压力
18/
解耦液力支承的动刚度
位移振幅±0.1mm
20/
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液力支承：高频Tilger
振幅±0.1mm
动刚度 (N/mm)
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
通过内置的止位形成高频吸震器
21/
频率 (Hz)
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
频率 Hz
止位松弛
22/
气穴
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
23/
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气穴
膜片封闭
膜片开口
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
24/
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Audi Q5
MLB:Modularen Laengsbaukasten 增加了拉伸止位和压缩止位，从而省去前面的扭力支撑 开关式发动机支承（选装）：电磁控制两档 行驶：大的动刚度，获得好的行驶舒适性 怠速：小的动刚度，隔离噪音
25/Biblioteka 副车架 发动机支承，左 液力支承
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
前扭矩
变速箱支承
后扭矩
9/
动力总成悬置系统的任务 1.承载
限制发动机变速箱的运动 车辆碰撞时还能支持动力总成
2.隔音
3.减震(震颤)
4.补偿动力总成和车身装配公差
10/
竖向软一点 横向软一点
大的变形
声音轻一点，没有嗡嗡声
要求竖向软一点
音
要求横向软一点
没有震颤
高阻尼 竖向硬一点
没有噪音 发动机没有游动
横向硬点
没有纵向抖动
纵向硬一点
高强度
发动机仍然固定在车身上
横向硬一些
大的变形
7/
前轮驱动发动机横置，带一个摆动支撑
行驶方向
动力总成的转动轴
重量
发动机支承（可支撑X方向力）
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
Audi Q5
关注高频特性 Z和X的橡胶弹簧独立
26/
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谢谢！ Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile ATZ
演讲：李旭东 上海大众汽车有限公司产品工程部底盘工程科 Lixudong@
包括抖动(Vibration). 发动机二阶频率：4缸n/30,六缸n/20
12/
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带解耦功能的扭力支撑
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
13/
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15/
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2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
线形液力支承
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
橡胶弹簧
工作腔 长流道
补偿腔 膜囊
16/
线性液力支承的动刚度
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
承载
1 . 静载：动力总成的总量 2. 驱动力拒 3. 惯性力，8km/h, 64km/h
11/
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隔音
产生： 发动机燃烧不均匀 曲轴驱动的不均匀 活塞、连杆和曲轴载上止点和下止点改变运动方向产生的惯性力 表现： 频率范围在20Hz左右至1000Hz以上； 振幅在+/-0.3mm以内 ，随频率增加振幅明显下降
4
震颤 Stuckern，Shake
7
车桥振动 Achsschwingung
10
载荷转移冲击Lastwechselschlag
8
转向抖动 Lenkunruhe
10
颤动Prellen
7
制动抖动 Bremsrubbeln
15
抖动 Zittern， Schuetteln
15
轰鸣 Droehnen
30
车桥粗糙
动刚度 (N/mm)
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线性液力支承的动刚度 （衡量隔离噪音的指标）
振幅±0.1mm,高频
17/
频率 (Hz)
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
27/
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
变速箱支承
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
摆动支撑 副车架
8/
前轮或者四轮驱动的中高级车
行驶方向 前扭力支撑
发动机支承，右 液力支承
变速箱支承
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
第六届汽车NVH技术国际研讨会
苏州姑苏锦江大酒店2011.06.16-17
李旭东 LiXudong@
1/
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
命名
Aggregatelagerung
动力总成悬置
Motorlager 发动机支承
Abstuetzung 支撑板
Getriebelager 变速箱支承
Konsole,li. 左托架
Pendelstuetze
摆动支撑
Anschlagpuffer
扭力支撑
Rundlager unt./ob.
圆形支承 下/ 上
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
2/
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
NVH
摘自：Heissing, Fahrwerkhandbuch
发动机 ++ ++
++ ++ ++
车辆振动的相互作用
2010.05.12 TPC/SVW Li Xudong ê
摘自：Viracoustic ：Schwingungstechnik fuer Automobile
NF = 低频振动（震颤） HF = 高频振动（噪音）
5/