新型动力总成抗扭悬置的设计及仿真分析案例

摘 要：

在商用车，皮卡，轻重型客车及大型工程车辆上多采用纵置动力总成，其扭矩质量较大，且柴油车辆居多，工作过程较为粗暴，在工作过程中振动较大，点熄火及扭矩突变的工况抖动振幅及余振都极为明显，是当今车辆的一个亟待解决的问题，文章主要以点熄火抖动大作为出发点进行问题的分析归纳及优化方向作为研究方向，提出了新型悬置的设计理念及其对应的解耦结果对比分析及结论的验证，从而达到一个针对该问题的解决方案及思路。

关键词：悬置系统；纵置；解耦计算；抗扭摆；Adams

前言

在动力总成悬置系统领域中，纵置发动机时常较多的应用在商用车，皮卡，轻重型客车及大型工程车辆上，以便获得较为满意的动力输出与几何空间布置。因此纵置的动力总成相对其他乘用车质量及惯量较大，且需求的扭矩也相对较高，大多为柴油机，工作暴躁，匹配的变速器速比变化较大，常常会出现在较多工况下的抖动与冲击，直接造成驾驶员及乘客的明显振感，尤其是在该类型车辆点熄火大扭矩变化时尤为明显，且余振较多。长此以往对橡胶悬置及金属骨架的寿命也都会产生危害，该问题亟待解决。

1 传统纵置动力总成的悬置设计计算分析

1.1 实际车辆中影响车辆抖动的因素分析

目前传统纵置动力总成的悬置结构一般为发动机左右悬置采用矩形悬置和变速器悬置的三点布置形式：根据不同车型的需要后悬置采用衬套吊装式，或者剪切型悬置托举式，作用都是大相径庭的，本研究以衬套型为例，经过针对多个纵置动力总成项目的归纳与分析，对于车辆的抖动问题得出以下推论：

a.布置角度：

悬置的布置角度直接影响到悬置的解耦和刚度分解机悬置系统频率的分布从而影响对总成抖动（晃动）频次的抑制和大小

b.设计刚度：

刚度设计影响的主要方面可以从静刚度的支撑合理性及动刚度的大小对

c.悬置曲线：

悬置曲线设计的不合理，导致的动力总成晃动量较大或者冲击过大不能有效抑制。

1.2 传统悬置结构的计算仿真分析

对传统悬置系统进行振动分析，本文采用Adams 建模分析方法对其展开。

设计计算输入：

根据现有的动力总成设计数据硬点位置及设计参数，在Adams_View模块下搭建动力总成振动分析动力学模型。首先导入等效的动力总成模型，建立相关硬点，使用Bushing 力单元代替悬置连接总成与大地建立6 自由度振动分析模型，依据上述参数键入动力总成和悬置衬套的信息，调整悬置布置角度，后利用Adams_Vibration 模块进行仿真。

仿真结果整理如下：

2 抗扭结构的纵置动力总成悬置的设计计算分析

2.1 设计方向制定及结构设计

根据之前对于动力总成异常抖动和振动的引发因素的推论及模型仿真结果的分析得出，动力总成Lateral 方向悬置刚度较低，经分析主要是后悬置的该方向刚度较低导致动力总成Lateral 模态9.54Hz，绕曲轴roll 的频率较低只有5.64Hz，结合实际测试数据分析发现重要的振动出现在变速器尾部，与分析结论相符合，故接下来对变速器悬置进行优化设计，主要对其Y 向刚度进行调整优化设计，如下图。

为了增加lateral 向的抑制能力，只有增加其向刚度，和更改设计曲线将线性区间变短来缩短总成的在点熄火扭矩超调时的位移量。

利用现有衬套的结构，其轴向（u 向）刚度较低但径向（v 向）刚度较高，故将悬置衬套横置，横采用三个相同衬套联合提供刚度，当然在此结构中适当的调整悬置衬套的布置角度可以增加抗扭的作用，同时将基于之前变速器悬置的主方向（整车Bounce 向）刚度进行设计新悬置结构，将刚度进行拆分，由于静刚度的降低，其对应的橡胶硬度也会降低，动静比也会随之降低，故动刚度也会有明显下降的趋势。

K 总sfz=240N/mm，K 总dyz=340N/mm，令K1sfZ/K2sfZ/K3sfZ 分别为：中心抗扭衬套GearBox_Mid，左抗扭衬套GearBox_LHM，右抗扭衬套GearBox_RHM 的静刚度，且K 总sfz=K1sfZ+K2sfZ+K3sfZ= 240N/mm，令K1sfZ =80N/mm；K2sfZ=80N/mm；K3sfZ=80N/mm，当刚度被分为若干个刚度并联时，总设计刚度基本不变前提下。

由于刚度的被分散，各个悬置在结构，橡胶配方系列不变化的条件下，刚度降低，其硬度降低，根据项目经验原刚度大致需要采用硬度60sh A，其动静比为1.7左右，而降低刚度以后硬度分别只需要44shA，随即动静比将为1.2。将动刚度降低后可以解决车身的安装点动刚度低的通病，改变车身跟悬置动刚度的比值进而加强隔振性能。

2.2 新抗扭悬置结构的计算仿真分析

对新抗扭悬置系统进行振动分析仍采用Adams 建模分析方法对其展开，保证分析的一致性。

设计计算输入上发动机左右悬置的设计参数变化，只有变速器悬置做参数调整如下：

Adams_View 模块下搭建动力总成振动分析动力学模型。如下图

仿真结果整理如下：

3 结果对比分析

经对比可以从两个大方面得到如下结果。悬置系统的变速器悬置经过重新设计结构且刚度优化后其Lateral 向刚度产生明显提升，衬套的刚度曲线设计线性区间较短可以对其晃动进行有效地控制，优化前和优化后的结果如下，熄火抖动lateral 向抑制较为明显。

优化后，其lateral 频率有0.5Hz 的升高变化，roll 方向为主要方向其频率提升较为明显为1.5Hz 左右，整体的频率间隔满足设计要求。实车表现及客观测试验证基本解决了其点熄火抖动达到问题，亦满足其驾驶过程的晃动现象。悬置系统解耦率有所提升，变速器悬置的动刚度降低，均对悬置NVH有改善。

4 结论

纵置动力总成悬置系统设计时需要着重考虑变速器悬置的刚度匹配，尤其是Y 向刚度的设计合理性直接影响悬置的抖动问题。

新的抗扭悬置结构可以有效的提升lateral 向刚度及频率，有效的提升roll 频率（主方向），进而控制动力总成的刚体模态，刚度的提升对变速点熄火时的抖动控制也更加有效。

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