汽车发动机悬置系统隔振技术研究

董志斌,苏丽华,孟 芳,唐 明,丛日新（长城汽车股份有限公司,河北 保定 071000）



汽车发动机悬置系统隔振技术研究

董志斌,苏丽华,孟 芳,唐 明,丛日新
（长城汽车股份有限公司,河北 保定 071000）

摘 要：随着汽车的普及，人们对汽车的舒适度与汽车的性能也更将关注。衡量一台汽车的标准是汽车的振动和噪声，是目前的汽车研究的重要课题。汽车的主要振源是往复活塞式的发动机，设计出良好的隔镇悬置系统和性能合理的元件是整车的首要任务，研究出汽车发动机悬置系统的隔振技术也成为设计汽车的重要课题。

关键词：汽车；发动机；悬置系统；隔振技术

0 引言

发动机在工作时的激励与汽车行驶中路面的激励是造成汽车的振动的两大原因，其中，路面的激励问题现已得到解决，而发动机由其本身的内部激励带有的不平衡性与宽频带性会对NVH性能及汽车零部件使用寿命造成影响，怎样使发动机的振动在向车体传递中将其隔离，是设计发动机悬置系统的关键。本文就发动机悬置系统的隔振技术进行深入研究。

1 悬置系统隔振技术研究的进展

在悬置元件的研究上，从初期的橡胶悬置逐渐提升到液压悬置，直到现在被广泛运用的主动控制悬置。在新型材料的推广与应用中，利用高科技技术手段，发动机悬置元件走向了智能化。最早的悬置系统的设计是Anon Horison和Horivitz提出的六自由度解耦理论，之后提出了撞击中心理论，在布置发动机方式上起到隔振效果，为了提高轿车的平衡性能，技术员们开始研究能量解耦设计进行优化。为了将能量耦合在各自由度上振动降到最低，运用现代理论，将目标又锁定在发动机悬置系统的固有频率合理分配的优化上，以及使能量解耦率在各个振动方向达到最高上。随后，又将液阻悬置通过悬置系统动态响应特质设计优化，科技不断发展与专家不同的设计理念的共同作用下，使悬置系统的研究进展有了极大的突破［1］。

2 发动机悬置系统的设计要求

发动机效率与耗油率是造成发动机爆发压力的两大原因，如今，车身轻量化已成为设计趋势，发动机的振动阻尼力存和振数成正比、弹性力和振动移位成正比，两种作用力共同起到隔振效果，所以对发动机悬置系统的设计要求是起到支承、限位及隔振的作用。设计时悬置位置安装时要注意角度，要确定初始刚度和一开始的阻尼参数，要合理匹配其振动量能解耦和频率，还要注意整车和发动机总成的匹配。多方面因素和极其复杂的系统在隔振设计中都要考虑周到。

3 悬置系统振动振源

在悬置系统隔振技术中要分析发动机激励源，也就是振源。在不考虑路面激励时，另一个振源是发动机在工作过程中会产生的力矩力或周期性不平衡力。耗油量降低驱使发动机爆发力升高，也增加了激振力，这样一来就与整车其他系统就会发生振动耦合，导致车体的噪声加大，振动加剧。发动机分为单缸与多缸。可以把多缸发动机看作单缸发动机的若干连接［2］。

4 悬置系统隔振性能的评价指标

悬置系统振动传递率与隔振率的大小是衡量汽车发动机悬置系统隔振性能的优劣标准。通过对传递率的观测，可以了解到悬置系统隔振性能。发动机悬置系统有两个主振方向，分别为垂向和侧倾。因此，传递率分为垂向振动传递率和侧倾振动传递率。

式中，n为悬置元件个数；FZT为处于各个悬置点垂向动反力；FZ是发动机垂向激励力［3］。

悬置系统侧倾方向θx的振动传递率Tθx为：

式中，Fzi，Fyi为第i个悬置处y、z方向的支反力；yi，zi为第i个悬置处y、z方向的坐标；M0为发动机的侧倾方向的输出扭矩幅值。

5 悬置系统的布置形式

实际中，发动机型号会因车型的不同而有所区别，承重重量分配在前后及激振力等问题都决定悬置系统布置形式。悬置点个数、对悬置元件型式的布置和发动机安装角度都对系统的振动固有特性和响应特性造成影响。悬置类型分为三种，分别为三点悬置、四点悬置和五点悬置。三点悬置适合于轿车的发动机，三点形成一个平面，能使悬置系统低频隔振。大中型的客车和货车的发动机悬置类型为四点悬置，有其定位可靠的特点，稳定性较好。重型汽车采用五点来支承悬置系统，重型汽车的发动机飞轮壳与机体后端面的咬合存在过大婉拒，所以要在四点悬置上在加一个辅助悬置。悬置布置形式分为平置式、斜置式和会聚式［4］。

6 发动机总成悬置系统优化

对于汽车发动机总成悬置系统而言，一方面要求其有足够的刚度限制发动机的大幅振动以避免碰撞其他部件，另一方面要求悬置系统足够“软”以便整车振动与噪声要降到最低。兼顾这两个方面是对悬置系统优化的基本要求。在优化设计发动机悬置系统要考虑发动机总成悬置系统六自由度解耦或部分解耦；发动机总成悬置系统在匹配中的固有频率；发动机总成悬置系统支承处动反了达到最小。解耦要利用弹性中心法、刚度矩阵解耦法和量能解耦法。其中的固有频率分为六种：纵向振动的固有频率、横向振动的固有频率、垂直振动的固有频率、发动机围绕X轴振动的固有频率、发动机围绕Y轴振动的固有频率、发动机绕Z轴振动的固有频率。对系统隔振性能的计算，可以用系统振动传递率为优化目标函数方法。若想使系统频率错开，可以利用固有频率匹配为目标函数。系统的隔振特性被引用其中使两种方法有很大的差别。在设计中，降低振动传递率会隔离发动机总成的振动。

7 结束语

汽车作为人类生活的一部分，人们对其的要求已经远远超过了最基本的代步工具，汽车的舒适性受到了更高的关注。对悬置系统合理设计可以降低车内的振动及噪声从而提高汽车的舒适性。本文基于专家的研究，研究角度为悬置系统的隔振技术，以轿车的发动机为例，进行了分析。目前，汽车研究重点已经从振动特性转向NVH特性，希望未来的研究工作能从悬置元件、发动机总成等建立模型运用新的技术手段使悬置系统隔振技术有更高的突破。

参考文献：

［1］沈忠亮.汽车发动机悬置系统隔振技术研究［D］.合肥工业大学,2015.

［2］叶向好.汽车发动机动力总成悬置系统隔振性能的优化设计研究［D］.浙江大学,2005.

［3］李志强.汽车发动机悬置系统动力响应分析与隔振率优化［D］.广西大学,2013.

［4］刘慧娇.汽车发动机悬置系统隔振性能研究［D］.沈阳工业大学,2012.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.230

作者简介：董志斌（1985-），男，河北邯郸人，研究方向：汽车零部件设计。