发动机悬置系统的设计

汽车悬置系统设计指南(一)2024

汽车悬置系统设计指南（一）引言概述：汽车悬置系统是汽车底盘系统的重要组成部分，对于汽车的驾驶稳定性和乘坐舒适性至关重要。

本文旨在提供汽车悬置系统设计的指南，帮助读者了解悬置系统的基本原理和设计要点，从而优化汽车悬置系统的性能与驾驶舒适。

正文内容：一、悬置系统基本原理1. 悬置系统的定义和作用2. 悬置系统的基本组成部分3. 悬置系统的工作原理4. 悬置系统与驾驶稳定性的关系5. 悬置系统与乘坐舒适性的关系二、悬置系统设计要点1. 悬置系统弹簧的选取和设计2. 悬置系统减震器的选择和调整3. 悬置系统阻尼的调节和优化4. 悬置系统材料的选择与优化5. 悬置系统与车体结构的匹配设计三、悬置系统振动控制1. 悬置系统振动类型与特性2. 悬置系统振动控制的方法3. 悬置系统调频器的设计与优化4. 悬置系统振动控制与驾驶稳定性的关系5. 悬置系统振动控制与乘坐舒适性的关系四、悬置系统磨损与维护1. 悬置系统磨损的原因与表现2. 悬置系统磨损程度的检测方法3. 悬置系统磨损的预防与延长寿命的方法4. 悬置系统维护的注意事项5. 悬置系统维护对驾驶稳定性和乘坐舒适性的影响五、悬置系统创新与发展趋势1. 悬置系统新材料的应用2. 悬置系统主动控制技术的发展3. 悬置系统电子化的趋势4. 悬置系统智能化的发展5. 悬置系统可持续发展的方向结论：通过本文的介绍，读者可以更好地理解汽车悬置系统的设计原理和要点，并在实际应用中引导悬置系统的优化与改进。

汽车悬置系统的设计不仅影响驾驶稳定性和乘坐舒适性，也与汽车的安全性和性能密切相关。

因此，合理设计和维护汽车悬置系统对于提高整车的操控性和乘坐舒适性至关重要。

未来，随着汽车技术的飞速发展，悬置系统将面临更多的创新与发展机遇，我们期待悬置系统能够更好地满足人们对于汽车驾驶体验和乘坐舒适性的需求。

动力总成悬置系统优化设计与匹配---基本理论

动力总成悬置系统优化设计与匹配 ——基本理论
目录
一、悬置系统的典型结构及基本理论二、悬置系统的主要布置方式三、悬置系统的设计原则四、悬置系统对汽车N&V特性的影响五、悬置系统的设计流程和计算方法六、悬置系统的匹配样车要求及N&V匹配方法
一、悬置系统的基本理论及典型结构
1、悬置的定义：装配在动力总成与车身（架）之间起支撑连接作用并使二者间的力的传递产生衰减的弹性减振元件。
动力总成的完全解耦布置
动力总成的部分解耦布置
四、悬置系统的设计原则
撞击中心理论：
撞击中心理论主要用于选择前后悬置的位置。当动力总成视为刚体，前后悬置如果处于互为撞击中心的位置上时，当一个悬置受到干扰时或冲击时，另一个悬置上的响应为零。
扭轴理论：
当发动机的主惯性轴偏离曲轴轴线一定角度, 在发动机激振力矩作用下, 发动机体将绕某一固定的“扭轴”作白由振动。这时悬置布置应围绕“扭轴”布置更为合理。
2、悬置系统（悬置+发动机+变矩器+变速箱）典型结构
3、各种类型悬置结构
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置的结构型式日趋复杂。主要分为：橡胶悬置、液压悬置、半主动/主动悬置。
橡胶悬置：结构简单，成型容易、成本低廉，被大量的使用在各型车辆。缺点：存在高频硬化现象。下面为橡胶悬置常见结构：
压缩式
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（势能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（势能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（耗散能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构

汽车发动机悬置系统的设计指南

1 发动机悬置系统的设计指南1.1 悬置系统的设计意义及目标简介现代汽车发动机无一不是采用弹性支承安装的，这在汽车行业称之为“悬置”，在力学及振动工程中则是个隔振问题。

如果不用中间弹性元件而直接将发动机刚性地固紧在汽车车架（底盘）上，则当汽车在不平坦的路面上行驶时将导致机身由于车架的变形、冲击而损坏；而当汽车在平坦光滑的路面上行使时来自发动机的振动将导致车架、车身产生令人厌恶的结构噪声。

此外弹性悬置还能补偿在发动机安装及运动过程中由车架变形导致的相对位置的不精确。

由此可知，悬置系统的设计目标值：1) 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其它零部件发生干涉；2) 能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声；3) 能充分地隔离由于地面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声；4) 保证发动机机体与飞轮壳的连接弯矩不超过发动机厂家的允许值。

1.2 悬置系统的布置方式选择每个隔振器（悬置系统）不论其结构形状如何都可以看作由三个相互垂直的弹簧组成，按照这三个弹簧的刚度轴线和参考坐标轴线间的相对位置关系，悬置系统弹性支承的布置可以有常见的三种不同方式：1) 平置式。

这是常用的、传统的布置方式，其特征是布局简单、安装容易。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴各自对应地平行于所选取的参考坐标轴。

2) 斜置式。

这是一种目前汽车发动机中用得最多的布置方式。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴相对于参考坐标轴的布置是：除一个轴平行于参考坐标外，其他两个轴分别与参考坐标轴有一夹角。

一般斜置式的弹性支承都是成对地对称布置于垂向纵剖面的两侧，但每对之间的夹角可以不同，坐标位置也可任意。

这种布置方式的最大优点是：它既有较强的横向刚度，又有足够的横摇柔度，因此特别适用于象汽车发动机这样既要求有较大的横向稳定性，又要求有较低的横摇固有频率以隔离由不均匀扭矩引起的横摇振动。

发动机悬置系统设计理论基础

发动机悬置系统常用材料
高强度钢
用于制造承受较大载荷的悬置支架和连接件，具有较高的强度和刚度。
铝合金
复合材料
如玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP），具有轻质、高强度和耐腐蚀等优点，适用于需要减轻重量的部件。
质量轻，散热性好，常用于制造需要轻量化的部件，如悬置支架和连接件。
引入仿真分析
利用仿真分析工具对悬置系统进行优化设计，提高设计效率。
强化试验验证
通过试验验证设计的有效性，确保实际应用中的性能表现。
持续改进与创新
关注行业动态，不断改进和创新发动机悬置系统设计技术，提高整车性能。
感谢您的观看
THANKS
材料创新
新型高阻尼材料和复合材料的出现将为发动机悬置系统的发展提供更多可能性，提高减振效果和耐久性。
模块化设计
为了便于维护和更换，发动机悬置系统将趋向于采用模块化设计，降低生产成本和维修成本。
05
发动机悬置系统设计中的问题与解决方案
发动机悬置系统设计中的常见问题
振动传递
发动机产生的振动通过悬置系统传递至车架，影响整车舒适
发动机悬置系统设计理论基础
目录
• 发动机悬置系统概述 • 发动机悬置系统设计理论 • 发动机悬置系统材料与制造工艺 • 发动机悬置系统设计实例分析 • 发动机悬置系统设计中的问题与解决方案
01
发动机悬置系统概述
发动机悬置系统的定义
发动机悬置系统是汽车动力总成的重要组成部分，主要负责将发动机固定在车架上，并隔离发动机的振动和噪音，以保证车辆的舒适性和稳定性。
它由多个橡胶悬置组成，每个悬置具有不同的刚度和阻尼特性，以适应不同的振动频率和幅度。

发动机悬置设计

整车技术部设计指南73发动机悬置设计5.1 概述汽车的乘坐舒适性——NVH（Noise-噪声、Vibration-振动和 Harshness-声振舒适性）越来越受到人们的重视和关注，因为噪声、振动和舒适性，是衡量汽车制造质量的一个综合问题，它给汽车用户的感觉是最直接和最表面的。

作为汽车动力源的发动机是汽车主要的振动激励源之一，其气缸燃气压力、转速及输出转矩的周期性波动及不平衡惯性力（矩）既激起发动机动力总成本身的刚体振动和弹性振动，又激起汽车动力传动的扭转振动和弯曲振动等，从而导致十分严重的振动、噪声及结构问题，最终传递给车身，引起整车振动与噪声。

汽车动力总成悬置系统是指动力总成（包括发动机、离合器及变速箱等）与车架或车身之间通过弹性悬置元件连接而成的系统，发动机动力总成的振动与路面激励力是通过弹性悬置元件传给车身，该项系统性能设计的好坏直接关系到发动机振动向车体的传递，影响整车的 NVH 特性。

因此，最大限度的减小发动机动力总成所产生的振动及噪声向车身传递，是汽车减振和降噪的主要研究内容之一。

5.2、悬置系统功能介绍5.2.1 悬置总成的功用a)悬置系统的首要作用即最基本的作用是支承动力总成的动、静载荷，并使发动机动力总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与前舱内其它零部件发生干涉；b)隔离发动机动力总成的振动，最大限度地降低从发动机动力总成传递到车身/车架上的振动，能有效的降低振动及噪音；c)在汽车做紧急制动、加速或受其它外界负荷的作用下时，发动机不应有过大的位移；d)隔离由于轮胎及车身的抖动而产生的振动和噪音通过悬置系统而传向发动机动力总成，降低振动及噪音；e)悬置系统元件需有足够的使用寿命。

5.3 动力总成悬置系统设计方法5.3.1 设计需解决的问题a)主要起支撑减振的作用，因而，悬置必须要能够支撑起动力总成，并且保证其三整车技术部设计指南74个方向的位移和绕三个轴的转角在一定的限度内；b)发动机自身振动的隔离,即不让发动机不平衡力所造成的振动过分地传向车向车f i f IDLE / 2身,这就要求各悬置的固有频率与各激励源的频率必须满足的条件，其中，f i为各悬置的固有频率，f IDLE为怠速时各激励源的频率。

发动机悬置系统的设计

发动机悬置系统的设计悬置系统发动机本身是一个内在的振动源，同时也受到来自外部的各种振动干扰。

引起零部件的损坏和乘坐的不舒适等。

所以设置悬置系统，把发动机传递到支承系统的振动减小到最低限度。

成功地控制振动，主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置及悬置软垫的结构、刚度和阻尼等特性。

确定—个合理的悬置系统是一件相当复杂的工作，它要满足—系列静态及动态的性能要求，同时又受到各种条件的约束，这些大大增加了设计的难度。

一般来讲对发动机悬置系统有如下要求。

①能在所有工况下承受动、静载荷，并使发功机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发生干涉。

同时在发动机大修前，不出现零部件损坏。

②能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声。

③能充分地隔离由于路面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声。

④保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过发动机厂家的允许值。

悬置系统的激振源作用于发动机悬置系统的激振源主要如下：①发动机起动及熄火停转时的摇动；②怠速运转时的抖动；③发动机高速运转时的振动；④路面冲击所引起的车体振动；⑤大转矩时的摇动；⑥汽车起步或变速时转矩变化所引起的冲击；⑦过大错位所引起的干涉和破损。

作用在发动机悬置上的振动频率十分广泛。

按着振动频率可以把振动分为高频振动和低频振动。

频率低于30Hz的低频振动源如下：①发动机低速运转时的转矩波动；②在发动机低速运转时由于惯性力及其力偶使动力总成产生的振功；③轮胎旋转时由于轮胎动平衡不好使车身产生的振动；④路面不平使车身产生的振动；⑤由于传动系的联轴器工作不佳产生附加力偶和推力，使动力装置产生的振动。

频率高于30Hz的高频振动源如下：①在发动机高速运转时，由于惯性力及其力偶使动力总成产生的振动；②变速时产生的振动；③燃烧压力脉动使机体产生的振动；④发动机配气机构产生的振动；⑤曲轴的弯曲振动和扭振；⑥动力总成的弯曲振动和扭振；⑦传动轴不平衡产生的振动。

发动机悬置系统设计理论基础

7-9Hz
60%
＞1Hz
Fore/Aft 7-9Hz
80%
＞1Hz
Pitch
10.5-11.5Hz 90%
＞1Hz
Roll
＜13Hz
60%
＞1Hz
Yaw
＜13Hz
60%
＞1Hz
For Idle Condition
• 所有模态频率必须高于6Hz，以减少与车身刚体模态的耦合 • 所有模态频率必须低于21Hz，以减少与车身、转向柱及动力传动系统等模态的耦合 • Bounce与Pitch的模态频率的解耦率要着重关注 • Pitch与Fore/Aft 的模态频率至少隔开2Hz，Pitch与Bounce的模态频率至少隔开2Hz，
1) 在低频路面激励下，车辆的左右两个车轮轨迹输入具有较高的相关性，即认为左右轮输入基本一致。
2) 在高频路面激励下，车辆所受的激励实际上大多只涉及到车轮跳动，对车身运动影响甚微，这样车身左右两边的相对运动就可忽略。
这样，就将七自由度模型简化成一个线性的四自由度半车模型。
再用一个动力学等效系统来代替上面的半车模型，在动力学等效处理中，车辆系统的三个等效质量必须满足以下三个力学条件，即：
1. 基本概念发动机悬置系统的模型能量解耦理论悬置的布置理论
4. 悬置的布置理论
• 弹性中心定理
az (L 1) tan ay L tan2 1
• 打击中心定理
使A、B 两点互为撞击中心
1 2 J y / m
式中,Jy为绕通过质心的Y轴的转动惯量， m为刚体质量，α1、α2为A 、B 两点到质心(C. G点) 的水平距离
某一车型动力总成刚体模态频率与解耦(pp=0.2mm)

发动机悬置系统设计

[M]{d2q/dt2} + [K]{q} = 0
[ M]－质量阵
[K]－刚度阵 {q}－广义坐标列向量
2
隔振分析计算
振动模型简化理论基础
振动系统的动能可以写成广义速度的函数，其二次型表达式为：
T=1/2{dq/dt}T[M]{dq/dt}
其势能可以写成广义坐标函数，其二次型表达式为：
U=1/2{q}T[K]{q}
率系统要解耦
5
橡胶支承元件结构设计计算
弹性元件结构型式
压缩型剪切型复合型
橡胶元件刚度计算
k = G•F•D G－橡胶的静态剪切模量数F－和橡胶件形状有关的系 D－尺寸因素 H为肖氏G =硬G度50•H/(100-H)
6
橡胶支承元件结构设计计算
橡胶元件刚度计算
7
橡胶支承元件结构设计计算
7
支承布置方案
支点位置初选
弯曲振动节点打击中心理论
8
隔振分析计算
单自由度振动系统隔振原理
强迫振动微分方程
m(d2x/dt2)
响应振幅 A：
+
c(dx/dt)
+kx
=F0ejωt
A= F0∕[k((1-λ2) +4ζ2λ2)1/2]
λ=ω∕p ζ= c ∕2mp
p=(k∕m)1/2
作用于地基的力的幅值：
Me=Mo + ΣMrsin(rωt+φr) [ω=2π/T]
对单缸机而言: 多缸机而言，直立、四冲程发动机
f=n•i/120 Hz n －发动机转速 i －缸数
1
隔振分析计算
振动模型简化理论基础
发动机振动模型是以刚体弹性支承理论作为基础，认为发动机是一空间自由刚体，通过3～4个具有三维弹性的元件支承在刚性的、质量为无限的机架上，它具有6个自由度运动（图示），它已被汽车工程界广为接受，且有较好的效果。为了计算方便，现导出其矩阵形式的振动微分方程式无阻尼自由振动运动微分方程式，一般具有如下形式

发动机悬置设计步骤

由于车型开发中需要对发动机悬置进行设计计算，需贵公司提供如下数据，望贵公司能给予帮助，谢谢。

1、发动机总成的总质量，包括内部注满的机油和冷却液。

2、发动机总成的质心位置．
3、发动机总成主惯性袖的位置；
4、动力总成绕三个主惯性铀的转动惯量；
5、发动机机体后端面与飞轮壳接合面上的静态弯矩，
6、发动机的最大扭矩及怠速转速,
8、计算发动机变速器总成在悬置软垫上可能引起的最大转矩反作用力．可用两种计算标准，一是发动机发出最大扭矩时，另一是发动机在额定功率点时（包括最大变速器减速比），然后根据软垫制造商提供的软点＂负荷－变形＂曲线，核对所选择的软垫是否能承受这一作用力及软垫的最大变形量是否在合理的范围内
９、按实际应用情况，确定动态负荷冲击加速度的数值．
１０、设计悬置支架按动态负荷进行强度校核若发动机制造商没有提供机体后端面与飞轮壳结合部位的静态弯矩限制，则应按动态负荷计算该部位的弯矩和工作应力，保证该薄弱环节安全可靠
１１、选择合适的悬置软垫，应能承受上述动静态负荷，并满足隔振要求，确定软垫的刚度１２、根据所选择的软垫的压缩和剪切刚度及系统布置形式，分别计算前后悬置的垂直综合刚度，侧向综合刚度和扭矩综合刚度及相应的固有频率（如果是平置式布置，则系统的垂直方向固有频率和隔振效率可从软垫制造商提供的坐标图上根据静态变形量确定）
１３、确定发动机的外激振频率
１４、通过软垫制造商提供的坐标图，按照软垫的静态压缩量以及外激振频率，确定悬置系统的隔振效率．
１５、检查悬置系统是否具备克服其他外力和惯性力的能力，必要时应设置限位装置
１６、选择能满足工作环境条件的需要的悬置软垫的材料
１７、校核悬置系统的结构布置能否适应整车提供的空间，确保不与周围的零部件发生干涉１８、试验。

悬置设计

发动机悬置系统的初步设计（一）1 发动机悬置系统的功用及激振力分析发动机悬置系统（以下简称悬置系统）应该具备:①隔振功能;②支承限位功能;③降噪等功能。

发动机总成本身是一个内在的振动源, 同时又受到来自外部的各种振动干扰, 使其处于复杂的振动状态, 引起周围零件的损坏和乘坐的不舒适等。

其中:燃烧激振频率, 是由发动机气缸内混合气燃烧, 曲轴输出脉冲扭矩, 导致发动机上反作用力矩的波动, 从而使发动机产生周期性的扭转振动, 其振动频率实际上就是发动机的发火频率,计算公式为[2] :其中: f1——点火干扰频率, Hz; n——发动机转速, r/min; i——发动机气缸数; —发动机的冲程系数（2 或4）。

惯性力激振频率, 是由发动机不平衡的旋转质量和往复运动的质量所引起的惯性激振力和激振力矩的频率。

它与发动机的缸数无关, 但惯性力的不平衡量与发动机缸数和结构特征有着密切关系。

计算公式为[2]:其中: f2——惯性力激振频率, Hz; n——发动机转速, r /min; Q——比例系数（一级不平衡惯性力或力矩Q=1、二级不平衡惯性力或力矩Q=2）选用的直列四缸发动机（见图3）, 其主要激振力为低速区段的二阶扭矩波动和高速区段的二阶惯性力, 表达式为（1-3）[3]:式中, γ为总成布置倾斜角（通常指布置后曲轴与水平面的夹角）; m 为单缸活塞及往复运动部分质量; r 为曲柄半径; λ为曲柄半径与连杆长度之比（λ=r/L）; ω为发动机曲轴角速度（ω=2πn /60）; Me0 为发动机输出扭矩平均值; A 为2、3 缸中心线至动力总成重心的纵向X 距离。

2 发动机悬置系统支承点位置的最佳设计在确定悬置系统支承点位置时, 应该考虑到低速（怠速）和高速时的不同要求。

发动机总成在低速运转时, 其自身的弹性振动影响较小, 将其看成刚体, 按照刚体运动理论进行研究; 高速时自身弹性振动影响较大, 必须通过试验得到其弹性振动形态, 选择振幅最小的位置, 即将悬置系统支承点布置在弹性振动的节点位置上。

汽车发动机悬置系统的设计指南

1 发动机悬置系统的设计指南1.1 悬置系统的设计意义及目标简介现代汽车发动机无一不是采用弹性支承安装的，这在汽车行业称之为“悬置”，在力学及振动工程中则是个隔振问题。

如果不用中间弹性元件而直接将发动机刚性地固紧在汽车车架（底盘）上，则当汽车在不平坦的路面上行驶时将导致机身由于车架的变形、冲击而损坏；而当汽车在平坦光滑的路面上行使时来自发动机的振动将导致车架、车身产生令人厌恶的结构噪声。

此外弹性悬置还能补偿在发动机安装及运动过程中由车架变形导致的相对位置的不精确。

由此可知，悬置系统的设计目标值：1) 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发动机总成在所有方向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其它零部件发生干涉；2) 能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声；3) 能充分地隔离由于地面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声；4) 保证发动机机体与飞轮壳的连接弯矩不超过发动机厂家的允许值。

1.2 悬置系统的布置方式选择每个隔振器（悬置系统）不论其结构形状如何都可以看作由三个相互垂直的弹簧组成，按照这三个弹簧的刚度轴线和参考坐标轴线间的相对位置关系，悬置系统弹性支承的布置可以有常见的三种不同方式：1) 平置式。

这是常用的、传统的布置方式，其特征是布局简单、安装容易。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴各自对应地平行于所选取的参考坐标轴。

2) 斜置式。

这是一种目前汽车发动机中用得最多的布置方式。

在这种布置方式中，每个弹性支承的三个相互垂直的刚度轴相对于参考坐标轴的布置是：除一个轴平行于参考坐标外，其他两个轴分别与参考坐标轴有一夹角。

一般斜置式的弹性支承都是成对地对称布置于垂向纵剖面的两侧，但每对之间的夹角可以不同，坐标位置也可任意。

这种布置方式的最大优点是：它既有较强的横向刚度，又有足够的横摇柔度，因此特别适用于象汽车发动机这样既要求有较大的横向稳定性，又要求有较低的横摇固有频率以隔离由不均匀扭矩引起的横摇振动。

发动机悬置系统设计

发动机悬置系统设计王定岩【摘要】the engine mounting system of automobile vibration system is an important subsystem, the system performance directly affect the harshness (NVH) of vehicles and the vehicle's ride comfort performance. Diesel engine work, the main source of the engine vibration is caused by light force produced by diesel engine cylinders. Reasonably choosing the parameters of the engine mounting is helpful to reduce the engine vibration to the frame relay, and improve the ride comfort of vehicle.%发动机悬置系统是汽车振动系统的一个重要子系统，其系统性能直接影响整车的NVH 性能和车辆的乘坐舒适性。

柴油机工作时，引起发动机振动的主要振源是柴油机气缸内产生的点燃力。

合理地选择发动机悬置的参数有利于降低发动机产生的振动向车架传递，进而提高车辆的乘坐舒适性。

【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P31-34)【关键词】发动机悬置;隔振率;匹配设计【作者】王定岩【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U464.12CLC NO.:U464.12 Documentcode:A ArticleID:1671-7988(2014)04-31-04发动机工作中产生的不平衡力和力矩及路面不平度是引起汽车振动的主要激振源，对发动机悬置系统参数进行优化设计，能够实现发动机悬置系统动态特征与整车特性的合理匹配，隔离发动机自身振动和吸收路面不平度振动，有效控制这两方面干扰对汽车振动的影响，从而降低汽车振动，改善汽车乘坐舒适性。

汽车发动机悬置设计分析解析

二:发动机悬置系统设计简介
3.刚体重心和转动惯量的测量:
对于一个规则的刚体,我们能够很容易得到刚体的重心和转动惯量,但对于一个非常复杂且不规则的刚体,我们却很难得到这些参数,对于发动机,通过计算机的模型虽然我们也可以得到,但由于制造误差和材料的均匀性等其他因素的影响,得到的数据往往有一些差异(根据我们对CHERY实际检测数据),目前发动机一般有三种测量方法可以得到重心和转动惯量:单线摆,双线摆,三线摆,相对来说三线摆是一种比较简单但误差很小的方法,我们公司现在已经具备这种检测设备和检测能力,可以为客户检测
二:发动机悬置系统设计简介
8.发动机悬置系统的六阶固有频率的计算: 目前一般有两种方法得到发动机悬置系统的六阶固有频率,一种是模态分析,一种是直接测动机悬置系统的解耦设计: 解耦设计一般的是指动力总成在受到激励时,因为动力总成我们一般把它看成一个刚体,它有六个方向的运动,我们在设计发动机悬置系统的时尽量使各个方向上的运动相互解耦.
二:发动机悬置系统设计简介
10.发动机悬置系统的优化选择和验证方法: 通过ADAMS和FEA分析,我们可以得到设计完成的发动机悬置的NVH 结果,并通过调整悬置弹性中心的位置坐标和悬置的刚度,阻尼来进行调整系统,使之能够达到最优化的结果.
三:整车NVH性能评估
1.车身. 2.子系统. 3.车门. 4.玻璃. 5.发动机前仓盖. 6.悬架. 7.轮胎. 8.内饰件. 9.方向盘. 10.发动机和边变速箱. 11.传动轴. 12.排气系统. 13.连接件. 14.风扇和空调压缩机,液体. 15.司机 16.载荷(人员和行李)
发动机悬置系统设计
Ｓtan/ Dec. 18. 2006
连接世界的解决方案 Your link to global solution

动力总成悬置系统匹配设计规范

动力总成悬置系统匹配设计规范一、悬置系统主要作用 (1)二、元件的主要种类 (1)三、悬置系统的设计指标 (2)四、悬置系统设计参数的输入 (3)1、动力总成的惯性参数 (3)2、动力总成悬置系统的位置数据 (4)3、动力总成悬置系统的刚度数据 (4)4、变速器的各挡速比和主减速比 (5)5、发动机的其他参数 (5)6、动力总成悬置系统及周边的相关数模 (5)五、总成悬置系统的解耦设计及固有频率的合理配置 (5)1、解耦设计的原因 (5)2、固有频率的合理配置 (6)3、悬置系统解耦特性和固有频率的计算方法 (6)4、解耦和固有频率的合理配置的评价方法 (9)5、悬置系统解耦计算和固有频率配置的目的 (9)六、悬置系统的工况计算 (10)七、悬置支架设计 (12)八、置系统设计时应遵循的主要规范 (12)九、结语 (16)一、悬置系统主要作用发动机悬置是指专门设计制造的可以作为一个独立系统进行装备使用的安装在发动机与汽车底盘之间，以隔离（减少）发动机振动能量向周围环境的传播和影响为目的的隔振系统。

合理设计和使用发动机悬置，可以明显降低动力总成及车体的振动水平，减少系统传递给车体的激振力，以及由此激发的车身钣合金和底盘相关零件的振动和噪声，从而明显提高车辆的耐久性和乘坐舒适性。

悬置系统的主要作用如下：1、固定并支承汽车动力总成；悬置首先是一个支撑元件、它必须能支承发动机总成的重量，使其不至于产生过大的静态位移而影响正常工作。

从支承的角度考虑，要求悬置刚度越高越好；从隔振的角度考虑，要求悬置的刚度越低越好。

因此悬置要有合适的刚度。

2、限位作用发动机在受到各种干扰力（如制动、加速或其他动载荷）作用的情况下，悬置能有效的限制其最大位移，以避免发生与相邻件的碰撞与干涉，确保发动机能正常工作。

衰减作用于动力总成上的一切动态力和对车身造成的冲击。

3、隔振降噪作用承受和衰减动力总成内部因发动机不平衡旋转和平移质量产生的往复惯性力、力矩和不平衡扭矩；隔离发动机激励而引起的车架或车身的振动。

发动机悬置系统研究与优化设计

而可简化为二自由度悬架振动系统。垂直振动、俯仰振动
与俯仰振动引起的车辆纵向水平振动都是和车辆行驶平
顺性有关。
２．缸体受力
车辆发动机总成由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组
其结构方式和工作原理可以分为：控制节流孔开度的半主总成位移，ｕ为控制力，对悬架动悬置、电流变液体半主动悬置、磁流变液体半主动悬置的能量输入。
等几种。
由微分变换得出悬置系统
主簧
上液室
解耦膜惯性通道下液室底膜
发动机悬置数学模型，汽车在行驶过程中，发动机正常激励下，对
简单节流孔式
可能影响车辆ＮＶＨ性能的因素进行研究和优化。
一、发动机悬置系统分类和结构组成１．橡胶悬置最初，动力总成不是经弹性元件，而是直接用螺栓刚性
图２液压悬置主要结构形式１．路面激励汽车是一个复杂的振动系统，假定左右车轮受到的路面激励对称于纵向轴线且相等，此种情况下，汽车振动系统可简化为Ｉ／２车辆模型。当质量分配系数接近ｌ时，进
上。其中主要包括有气体作用力、运动质量的惯性力、旋

发动机悬置的结构、作用、设计要求

发动机悬置的构造、作用、设计要求1.概述：随着当前底盘、发动机技术的日臻完善，车辆的振动、噪声的把握转而成为各个整车厂在研发上的重中之重。

据统计分析在一个车辆系统的上万个零部件中，对振动起关键作用的或许有二百个。

它们又分别在整车的振动系统中起不同的作用。

这里仅对发动机产生的振动经由发动机悬置到车身的振动系统的构造、作用、设计要求给出确定程度的阐述和说明。

整车不同的部件都有自己的固有频率，见下表：振动状况及位置频率Hz车体1~3座椅和驾驶员4~8路面鼓舞的频率范围发动机总成5~18前后桥10~16车轮共振11~15排气管机械系统12~22怠速抖动20~30车体弯曲扭转25~40发动机的振动频率范围方向盘抖动发动机总成弯曲25~40130~230 排气管气体系统100~1000 变速器噪声350~600 进气系统噪声100~600 发动机噪声1000~5000基于汽车振动学的相应设计优化，应最大可能的避开整车主要部件在各种工况下的振动耦合。

悬置的作用概括来说就是对发动机振动和路面鼓舞的隔离和吸取，削减乘客舱中人所受的影响，降低其他零部件由于过多振动产生的疲乏破坏。

2.悬置系统的构造2.1布置概念：◆前轮驱动——较低排量，◆后轮驱动——较大排量。

质量发动机+变速箱发动机+变速箱+驱动轴转距约1/4 的驱动转距T 全部的驱动转距T转距方向纵向横向●动力总成纵置，如海狮、阁瑞斯。

●动力总成横置，如尊驰、骏捷等。

4G63 4G64 4G934G18 等动力总成中华1.8T 宝来等车的动力总成。

2.2构造概念：●橡胶悬置悬置构造为橡胶＋金属支架，在低频、大振幅的动刚度和滞后角变化小。

在高频、小振幅鼓舞下的动刚度和滞后角变化不大，简洁产生动态硬化现象，常用于发动机前后悬置，阻挡发动机过渡扭转。

●液力悬置悬置构造为橡胶形腔＋液体〔乙二醇〕＋金属支架，在低频、大振幅的鼓舞下具有大阻尼；在高频、小振幅的鼓舞下具有小刚度。

发动机悬置系统设计

激振源频率成份分析
发动机旳干扰力和力矩
1) 惯性力引起旳干扰力
旋转质量 pr =m1rωe2 cos2ωet) 往复质量 pj =m1rωe2 (cosωet +λ
λ =r/l
总体合成：对直立四缸机有六、八缸机有
pj II pj=0
8
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
隔振分析计算
2) 工作过程不均衡引起旳干扰力矩 Me呈周期化旳变化周期函数可展开成富里哀级数
元件旳材料和许用应力
大多用天然胶，特殊情况用合成胶元件损坏在于疲劳，平均应变对疲劳寿命影响很大，拉伸工作对元件寿命很不利
压缩剪切
许用应力
100～150N/cm2 10～20N/cm2
许用应变
15～20％ 20～30％
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总结
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悬置系统设计环节
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Me=Mo + ΣMrsin(rωt+φr) [ω=2π/T]
对单缸机而言: 多缸机而言，直立、四冲程发动机
f=n•i/120 Hz n －发动机转速 i －缸数
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隔振分析计算
振动模型简化理论基础
发动机振动模型是以刚体弹性支承理论作为基础，以为发动机是一空间自由刚体，经过3～4个具有三维弹性旳元件支承在刚性旳、质量为无限旳机架上，它具有6个自由度运动（图示），它已被汽车工程界广为接受，且有很好旳效果。为了计算以便，现导出其矩阵形式旳振动微分方程式无阻尼自由振动运动微分方程式，一般具有如下形式
液体阻尼悬置简介
悬置系统理想特征要求液阻元件构造简介

动力总成悬置系统设计案例

• 各悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应对比（发动机怠速工况）
动反力降低
前左悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应(虚线为优化后，实线为优化前)
（3）优化设计结果
• 各悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应对比
动反力降低
前右悬置支承点在Z方向上的动反力频域响应(虚线为优化后，实线为优化前)
（3）优化设计结果
三、动力总成悬置系统设计案例三
原悬置系统的固有频率、能量分布
1st model
2nd model 3rd model
4th model
5th model
6th model
优化模型
目标函数：
Object ai max (Tpji )
i 1 j 1...6
6
设计变量：
约束条件：
刚度约束
• 设计约束：6个自由度方向频率范围；相邻频率间隔大于1.0Hz
• 设计变量：4个橡胶悬置的三向刚度
（3）优化设计结果
• 预位移对比
优化后，各个悬置沿主承载方向的预位移较优化前更加合理。
（3）优化设计结果
• 解耦率对比
优化后，各自由
度解耦率（对角
线数值）较优化前有较大幅度提高。
（3）优化设计结果
2、动力总成参数
3、确定性优化模型
min wi dRatio i
i 1 6
6 Fre1 16 6 Fre2 16 8.5 Fre3 9.5 s.t. 6 Fre4 16 10.5 Fre5 11.5 6 Fre6 16
（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比
升降速工况悬置隔振量（优化前）升降速工况悬置隔振量（优化后）