動力總成懸置系統的功能及作用

動力總成懸置系統的主要功能是將動力總成通過懸置裝配到整車之上。實現這一功能後,懸置系統將會保證動力總成定位在其設計的靜態位置,並且在車輛的正常使用壽命內保證這一位置的正確性。同時,通過將動力總成與車身隔離開來,控制動力總成運動以及反作用來自動力總成的力和扭矩,從而達到衰減動力總成產生的力及力矩以及外部路面輸入力的效果。懸置系統通常安裝在動力總成和車架/副車架之間,結構類型有橡膠懸置、液阻懸置、半主動懸置等,更高檔的車也已經使用主動懸置(見圖1)。懸置隔振器單元的個數根據不同車型數量從2-6個不等。懸置安裝方式也因發動機的佈置形式不同而不同,分為水平式安裝、傾斜式安裝等,如圖2所示。

動力總成懸置系統的功能及作用

圖1 懸置的發展歷程

動力總成懸置系統的功能及作用

圖2 懸置系統佈置

從機械振動力學的觀點看,汽車動力總成既是一個激振源又是一個需要隔離振動的受振對象,因而對動力總成和車架之間起雙向隔振作用的懸置元件的性能要求很高,一個設計良好的動力總成懸置系統應滿足:

(1) 固定和支撐動力總成;

(2) 承受動力總成內部因發動機旋轉和平移質量產生的往復慣性力及力矩;

(3) 承受汽車行駛過程(加減速、轉彎等工況)中作用於動力總成上的一切動態力;

(4) 隔離由發動機激勵而引起的車架或車身的振動和高頻噪聲;

(5) 隔離由路面不平以及車輪所受路面衝擊而引起的車身振動向動力總成的傳遞。

為了使動力總成懸置系統滿足上述的隔振目標,我們在對汽車動力總成懸置系統設計時應滿足如下設計要求:

(1) 每個懸置在其三個彈性主軸方向的線剛度應滿足動力總成振動固有頻率和解耦率的要求;三個方向上的力—位移非線性特性,應能有效地控制在汽車的各種行駛工況下(典型工況和極限行駛工況)動力總成的運動位移。

(2) 懸置系統在某一頻率點附近(一般對應動力總成在垂直方向或繞曲軸扭轉方向的振動頻率)應具有大阻尼,以衰減由於路面激勵或輸出扭矩波動引起的動力總成振動。

(3) 在發動機怠速激勵(低頻、大振幅)和高頻、小振幅激勵下,懸置系統應具有小剛度,以隔離發動機的激勵向車身或副車架的傳遞,以減少車內噪聲。

懸置系統的設計和整車NVH性能之間有密切的關係。車輛的很多NVH問題都和懸置系統相關。例如,動力總成的振動對車身的輻射途徑大部分都由相互連接的金屬結構件傳遞,在動力總成振動一定的情況下,一般只能通過傳遞路徑的合理設計最大限度地衰減振動的傳遞。

由於懸置的一端(主動端)和動力總成連接,一端(被動端)和車架/副車架連接,因此懸置系統在振動的傳遞路徑上扮演非常關鍵的角色。對懸置系統的合理設計能隔離絕大部分的振動傳遞。

動力總成的振動及路面的激勵力通過彈性懸置元件傳遞給車上,因此懸置系統設計的好壞將直接影響整車的NVH性能。作為汽車動力源的發動機是汽車的主要激勵源之一,其氣缸燃燒壓力、轉速及輸出轉矩的週期性波動及不平衡慣性力(矩)既激起動力總成本身的剛體振動,又激起汽車動力傳動系統的扭轉振動和彈性振動,從而導致十分嚴重的振動、噪聲及結構問題,最終通過懸置系統及一系列的連接結構傳遞給車身,引起整車的振動和噪聲。首先會激起車身局部板結構的振動,對車內輻射噪聲,一些薄弱的大板結構還可能與車身聲腔模態發生耦合共振(見圖3)。其次動力總成的二階激勵也會激起車身的一階彎曲模態引起方向盤抖動。如果懸置設計不合理,還會放大動力總成的半階次振動,引起座椅導軌的明顯抖動。

動力總成懸置系統的功能及作用

圖3 振動的傳遞路徑

為了抑制路面激起的整車振動,可適當的配置動力總成懸置系統的垂向振動模態頻率,使其起到控制整車振動的動力吸振器作用,由動力總成吸收經過懸架傳遞上來的振動,從而減小車身的振動。這往往需要動力總成懸置系統具有較高的垂向剛度。由此可見,懸置系統的合理設計對整車NVH性能來說,顯得尤為重要。


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