动力总成悬置系统匹配设计

动力总成悬置系统匹配设计方法

一、动力总成设计参数的输入

1、动力总成的惯性参数

动力总成的惯性参数包括动力总成的质量、质心位置以及动力总成的转动惯量10个数据。

质心位置的描述采用发动机坐标系，发动机坐标系的定义：坐标原点O 为发动机缸体后端面和发动机曲轴中心线的交点，x轴正向为过O点平行与曲轴中心线指向发动机端，z轴正向为过质心点平行于气缸中心线垂直向上，y轴正向根据右手定则确定，如下图示：

转动惯量的描述采用动力总成质心坐标系下。质心坐标系定义如下：坐标原点O为动力总成的质心，坐标方向和发动机坐标系相同，如下图所示：

动力总成的惯性参数如表1所示：

质量（kg）质心位置

（mm）

转动惯量（kg*mm2）

I XX I YY I ZZ I XY I YZ I ZX

动力总成惯性参数的测定可采用三线摆法测定，误差要求在5%以内。

2、动力总成悬置系统的位置数据

动力总成的位置数据包括所有悬置弹性中心的位置、发动机坐标原点位置、变速箱输出轴位置。所有坐标均采用整车坐标系。其中位置参数表如表2所示：

表2动力总成悬置系统的位置数据

3、动力总成悬置系统的刚度数据

动力总成悬置系统的刚度参数为各个悬置的三向刚度，刚度参数采用悬置自身的坐标系。坐标原点为悬置的弹性中心，三个方向为悬置的弹性主轴方向（p、q、r）。参数表如下所示：

4、变速器的各挡速比和主减速比

表3变速箱各档速比和主减速比

5、发动机的其他参数

这些参数包括发动机的额定功率、最大扭矩、气缸数、发动机的怠速转速、最高转速、扭矩随转速的关系曲线。参数表如下：

表4 发动机的其他参数

6、动力总成悬置系统及周边的相关数模

二、动力总成悬置系统的解耦设计及固有频率的合理配置

1、悬置系统的主要作用

动力总成悬置系统的基本功用为：

➢固定并支承汽车动力总成；

➢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；

➢承受和衰减汽车行驶过程中，例如在换档、加速、启动等工况下作用于动力总成上的一切动态力和对车身造成的冲击；

➢隔离由于发动机激励而引起的车架或车身的振动；

➢隔离由于路面不平度以及车轮所受路面冲击而引起的车身振动向动力总成的传递。

2、解耦设计的原因

进行动力总成悬置系统设计时一般要求尽量做到解耦布置，我们希望动力总成悬置系统在动力总成质心坐标系下是完全解耦的，即系统沿某一广义坐标的激励只会引起系统一个模态的振动。通常发动机悬置系统的六个自由度的振动是耦合的，沿悬置系统广义坐标的任意一个激励都将激起系统的多个模态，这样导致发动机的振幅加大，且易与周围零件发生干涉，并且振动频带过宽，为了约束动力总成的位移，避免与其它零部件干涉，则需使用刚度更高的悬置元件，这会导致动力总成的激励传递到车身上的激励过大，影响整车的NVH特性。因此在设计时将悬置的空间位置尽量按解耦布置。举例说明如下：当动力总成悬置系统存在转动和上下移动的运动耦合时（如图1所示），如果系统受到垂直方向的激励时将引起动力总成的垂直运动以及旋转运动，这样将造成变速箱末端运动位移较

大。例如在前后方向完全解耦（如图2所示），则系统前后方向的振动不会引起其它方向上的运动，这样动力总成在受到外界激励时其运动位移向对较小。因此系统按照解耦布置时有利于控制动力总成的振动。

图1动力总成悬置系统垂直振动和转动耦合

图2动力总成前后方向解耦

3、固有频率的合理配置

悬置系统匹配设计时在尽量保证悬置系统解耦的同时，要保证悬置系统各方向的固有频率在合理的X围内。一般要求系统的各阶固有频率都要大于5Hz；各阶固有频率的最小差值在1Hz左右。对于总成Z方向的固有频率应避开前桥和车身垂直振动固有频率。对于绕曲轴方向的固有频率应小于汽车怠速振动频率的1/2，同时也要远离汽车俯仰方向的固有频率。悬置系统的最高固有频率一般在20Hz以下。

4、解耦和固有频率的合理配置的评价方法

评价悬置系统的解耦特性和固有频率配置是否合理，需要计算动力总成悬置系统在设计坐标系下的六阶固有模态频率和各阶振动模态下的各个方向的模态动能所占的百分比。例如悬置系统在沿某坐标方向作主振动时，该方向模态动能所占整个系统动能的百分比就代表了该方向的解耦程度。系统的评价指标如表5所示：

频率Hz

能量分布百分比

X Y Z RX RY RZ

7.9 85.6% <1% 7.7% <1% 6.6% <1%

11.0 <1% 98.4% <1% <1%<1% 1.5%

9.1 5.6% 0% 90.8% <1% 3.5% <1%

10.2 <1% <1%<1% 95.2% <1% 4.6%

12.0 8.6% <1% 1.3% <1% 89.9% <1%

14.7 <1% 1.4% <1% 4.6% <1% 93.1%

表中给出了某悬置系统的各方向固有频率和每个方向的解耦程度，此时各个

方向的振型如表6所示：

表6 动力总成悬置系统的模态振型

正视图俯视图（或侧视）

X

Y Z RX

R

RY

RZ

悬置系统一般要求在垂直方向和沿曲轴扭转方向的解耦程度大于85%即可。

5、悬置系统解耦特性和固有频率的计算方法

在进行悬置系统匹配分析计算时可以采用ADAMS软件来进行。首先需要建

立悬置系统的ADAMS模型，然后进行仿真分析。软件界面及悬置系统模型如图

3所示：

图3 ADAMS软件界面及悬置系统模型