动力总成悬置系统装配状态对整车振动的影响 ７５ 文章编号：１００６—１３５５（２０１２）０２—００７５．０４ 动力总成悬置系统装配状态对 整车振动的影响 黄遵国 ，付继红 ，李海雄 ，曾令贤 ，上官文斌 （１．东风汽车有限公司东风商用车技术中心，武汉４３００５６； ２．仙桃职业学院机械电子工程学院，湖北仙桃４３３０００； ３．华南理工大学机械与汽车工程学院，广州５１０６４１） 摘要：在动力总成悬置系统理论设计合理的基础上，研究悬置系统实车装配状态对整车振动的影响。以悬置安 装位置处的车架局部刚度作为研究对象，分析车架局部刚度的大小对整车振动的影响。通过一实测例子表明，在理论 设计合理的基础上，正确的动力总成悬置系统装配状态可改善整车的乘坐舒适性。 关键词：振动与波；动力总成；悬置系统；装配状态 中图分类号：Ｕ４６４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—１３５５—２０１２．０２．０１８ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆＡｓｓｅｍｂｌｙ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ’Ｓ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｚｕｎ－ｇｕｏ ，Ｆ Ｊｉ－ｈｏｎｇ ，ＬＩ Ｈａｉ－ｘｉｏｎｇ １， ＺＥＮＧ Ｌｉｎｇ－ｘｉａｎ ，ＳＨＡＮＧＧＵＡＮ Ｗｅｎ－Ｂｉｎ （１．Ｄｏｎｇｆｅｎｇ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄｏｎｇ￣ｎｇ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉａｎｔａｏ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉａｎｔａｏ ４３３０００，Ｈｕｂｅｉ Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ａｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗａｖｅ；ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ；ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ａｓｓｅｍｂｌｙ ｓｔａｔｕｓ 汽车动力总成悬置系统是指动力总成与车架或 的装配状态对整车振动的影响。通过改变悬置安装 处的车架局部刚度，实测了各悬置在一些工况下的 振动加速度均方根值，和悬置系统的传递率。通过 数据测试可知，在理论设计合理的基础上，正确的动 力总成悬置系统装配状态可改善整车的乘坐舒适 性。 车身之间的弹性连接系统，包括动力总成和悬置元 件。该系统的作用是将动力总成支撑在车架或车身 上，减少由发动机经悬置元件传递给车身的振动能 量，从而改善整车的乘坐舒适性。悬置系统合理的 理论设计，包括各阶固有频率及解耦率的设计，是实 现悬置系统隔振功能的前提。关于这方面的内容已 经有相关的文献发表ｎ 。 １ 动力总成悬置系统理论模型 本文以图１所示的动力总成悬置系统为研究对 在理论设计合理的基础上，本文研究悬置系统 收稿Ｂ期：２０１１－０４．０３；修改Ｂ期：２０１１－０７—１３ 作者简介：黄遵国（１９７２ ），男，湖北仙桃人，高级工程师，主 要从事商用车底盘设计开发相关工作。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｚｇ＠ｄｆ１．ｃｏｍ．ｃｎ 象。动力总成简化为６自由度的刚体模型，由／７（月 ３）个悬置支撑。该振动系统的无阻尼自由振动微分 方程为 ＭＡ＇＋Ｋ ：０ （１） 上式中Ｍ为质量矩阵，由动力总成的质量和惯性参 ２０１２年４月 噪声与振动控制 第２期 数组成。Ｋ为刚度矩阵，由各悬置的安装位置、刚度 和安装角度组成。 为６自由度广义坐标矢量。 图１动力总成悬置系统理论模型 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 通过式（１）可求得动力总成悬置系统各阶固有 频率和各阶振型。当采用能量指标判定振动模态的 解耦程度时，一般用某一自由度方向上的动能占某 阶振动模态总动能的百分比作为模态解耦的评价指 标 。当动力总成悬置系统以第 阶固有频率和 振型振动时，第ｋ个广义坐标上的能量分布Ｅ（豇 为 ＿４ ｌ鱼＇ ） Ｅ（ｋ，Ｊ）＝ ——一 （２） ∑∑（Ｍ 酊 ） ＝１ｆ＝１ 上式中 分别是第 阶主振型的第ｋ个元素和 第１个元素。Ｍ 是质量矩阵的第ｋ行Ｊ列元素。 通过对动力总成悬置系统固有特性的优化，可 得到合理的悬置系统理论设计，从而确定各个悬置 的安装位置及刚度。 ２ 动力总成悬置系统装配状态实测 ２．１动力总成悬置系统基本参数 该动力总成包括一个纵置四缸发动机，怠速转 速８００ ｒ／ｍｉｎ，最高转速２ ６００ ｒ／ｍｉｎ。动力总成的质 量为６６１ ｋｇ，质心在汽车坐标系的坐标为（４３１．６， ２．４８，１０８．０８）ｍｍ，惯性参数见表１。动力总成由４ 个悬置支撑，分别为左前悬置（ＬＦＭ），右前悬置 （ＲＦＭ），左后悬置（ＬＩ ），右后悬置（ＲＲＭ）。各悬 置在局部坐标系下的静刚度见表２。 根据式（１）和式（２）计算出该悬置系统的各阶固 表１动力总成的惯性参数（ｋｇ‘ｎ１２） Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ（ｋｇ‘ｎｌ２） 表２各悬置在局部坐标系下的静刚度 Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆｍｏｕｍｓ 有频率和解耦率如表３所示。由表可见，动力总成 在６个方向的振动频率在６～１７ Ｈｚ之间，均落在隔振 区内，且各频率问隔均大于１ Ｈｚ，各频率分布合理。 动力总成在Ｂｏｕｎｃｅ方向的解耦率为９８＿３７％，说明 动力总成在垂直方向受到激励时，动力总成主要在 垂直方向振动，其它方向的振动可以忽略不计。动 力总成在Ｒｏｌｌ方向的解耦率为７４．６８％、振动频率为 １１．２１ Ｈｚ，该方向的振动和动力总成沿Ｙａｗ方向的 振动有轻微耦合，但Ｒｏｌｌ向的振动频率１１．２１ Ｈｚ和 Ｙａｗ向的振动频率ｌ５．２６ Ｈｚ相差较远（相差４．０５ Ｈｚ），结合固有频率值看，动力总成在主要方向的解 耦率满足要求。动力总成悬置系统理论设计合理。 表３悬置系统各阶固有频率和解耦率 Ｔａｂ．３ Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 频率（Ｈｚ） １０．０９ ７．８９ ９．０７ １１．２１ ６．００ １５．２６ Ｆｏｒｅ／Ａｎ ９９．６Ｕ ０．０ｌ 【Ｊ．３６ ０．Ｏ０ Ｕ．Ｕ２ ０．ＯＯ Ｌａｔｅｒａ１ ０．０２ ６３．１２ ０．００ ８．８２ ０．０１ ２８．０２ 解耦率 Ｂ。 “ 。０・３３ ０・ｏ０ ９８・３７ ０・Ｏ２ １・２８ ０・ｏ０ （０／０１ Ｒｏｌｌ ０．００．１．５１ ０．０１ ７４．６８ ０．０６ ２６．７６ Ｐｉｔｃｈ ０．０５ ０．０４ １．２６ ０．０２ ９８．６ １ ０．０２ Ｙａｗ ０【１０ ３Ｒ ３３【１ ００ １６ ４Ｓ ０ ０２ ４５ １９ 为分析动力总成悬置系统装配状态对其隔振性 能的影响，设计两种方案进行对比研究。 方案１：动力总成悬置安装位置处的车架无兜 梁。图２是动力总成前悬置理论装配图。拆下动力 总成前悬置后发现，在装配状态下，车架的变形较 大。套管和软垫存在刚性碰撞现象。通过便携式三 坐标测量仪测量可知，动力总成前悬置托架附近的 车架变形严重，车架呈“八”字形，上、下翼面问的车 架外宽相差达８ ｍｉｌｌ。 方案２：在动力总成前悬置安装位置附近处的车 架上加简易兜梁，增加车架强度，使装配状态下动力 总成悬置附近的车架变形较小，如图３ｆａ）所示。通 过增加车架强度，抑制车架变形，确保动力总成悬置 动力总成悬置系统装配状态对整车振动的影响 ７７ 图２动力总成前悬置理论装配 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｆｏｒｅ ｍｏｕｎｔ 软垫安装姿态正确，使动力总成悬置发挥出预期的 隔振效果。简易兜梁装车后的位置如图３（ｂ）所示。 通过测量可知，单边车架外宽误差已经控制到１ ｍｍ 内，动力总成悬置系统的装配状态满足要求。 （ａ）简易兜梁 （ａ１ Ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｂｅａｍ （ｂ）简易兜梁装车后的位置 （ｂ）Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｂｅａｍ ａｆｔｅｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ 图３简易兜梁 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｅ ｂｅａｍ ２．２两种不同方案对整车振动的影响 （１）怠速工况 在方案ｌ中，发动机怠速时，各悬置在发动机侧 （悬上）和车架侧（悬下）的加速度均方根值如表４所 示。从表４看出，该工况下各悬置均起到了隔振作 用，振动情况正常。且主观感觉驾驶室里的振动较 小，可以接受。 表４怠速工况下，方案１的振动测量情况 Ｔａｂ．４ Ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｓｅ １ ｕｎｄｅｒ ｉｄｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ 表５怠速工况下，方案２的振动测量情况 Ｔａｂ．５ Ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆＣａｓｅ ２ ｕｎｄｅｒ ｉｄｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ 发动机怠速时，方案２的各悬置振动情况如表５ 所示。从表５看出，怠速工况下，动力总成悬下各测 点的振动加速度均方根值均小于方案１。除后悬ｙ 向外，其他各测点的振动传递率均小于方案１。左、 右后悬置ｙ向，考虑到本身悬 下的振动就比较小（振动加速度均方根值比方 案１略小），因此从数据上也可以看出，怠速时方案２ 的振动、隔振情况总体优于方案１。且主观感觉驾驶 室里的振动较小，可以接受。 （２）原地升速扫描工况 原地升速扫描工况下，测量了两种方案下的各 个悬置的振动情况。根据数据并考虑到简易兜梁是 安装在前悬置上，因此主要对比了前悬置在ｙ向的 振动情况，如图４和图５所示。 从图４看出，随着发动机转速的增加，前悬置悬 下ｙ向的加速度均方根值也不断增加。从图５看 出，方案１下，前悬置ｙ向隔振情况异常，在高转速 时存在明显的放大现象，最高传递率达２６０％。结 合试验数据可知，高转速时驾驶室的高频振动现象 与动力总成前悬置ｙ向传递率异常放大有关。且主 观感觉到发动机转速在１ ５００￣２ ６００ ｒ／ｍｉｎ时驾驶 室底板、驾驶员臀部、方向盘均有明显的高频振动现 象，不可接受。 ２０１２年４月 噪声与振动控制 第２期 内未见明显异常振动现象，总体上优于方案１，可以 接受。 从方案１和方案２的结果对比可知，动力总成悬 置系统的装配状态对动力总成悬置系统预期隔振性 能的正常发挥有重要影响。在进行悬置装配时，需 检查安装位置附近的车架变形情况。当变形过大引 起悬置装配状态不正确时，需采取措施修正。 ３ 结语 根据能量解耦理论，对动力总成悬置系统进行 图４方案１和２的前悬置悬下ｌ，向加速度均方根值 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ＲＭＳ ｏｆ ｆｏｒｅ ｍｏｕｎｔｓ 了合理的理论设计。在此基础上，通过两个不同的 方案，研究悬置系统装配状态对其隔振性能的影 响。根据对实测的振动情况进行分析后，当动力总 成悬置系统的装配状态不正确时，很容易引起整车 的异常振动，影响整车的ＮＶＨ性能。悬置安装处的 车架刚度对悬置的隔振性能有很大的影响，因此需 保证悬置安装处的车架具有一定的刚度。动力总成 悬置系统设计时，不但要使理论上的各阶固有频率、 解耦率设计合理，还要保证实际装车时动力总成装 配姿态的正确，才能使动力总成悬置系统发挥出预 期的隔振水平。 参考文献： ［１］上官文斌，蒋学锋．发动机悬置系统的优化设计『Ｊ］．汽车 图５方案１和２的前悬置ｙ向传递率 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｆｏｒｅ ｍｏｕｎｔｓ 工程，１９９２，１４（２）：１０３—１１０． ［２］阎红玉，徐石安．发动机一悬置系统的能量法解耦及优 化设计［Ｊ］．汽车工程，１９９３，１５（６）：３２１—３２８． ［３］徐石安．汽车发动机弹性支承的解耦方法［Ｊ］．汽车工程， １９９５，１７（４）：１９８—２０４． 对比方案１，方案２的前悬置悬下振动加速度在 整个转速范围内均小于１０ ｍ／ｓ ，与方案１相比，极大 的改善了振动情况。从图５看出，方案２的动力总成 前悬置ｙ向的隔振情况己达到正常水平，传递率均 ［４］曾令贤．用ＭＡＴＬＡＢ计算发动机悬置系统的固有频率和 在８０％以下。且主观感觉在全转速范围内驾驶室 主振型ｆＪ］．汽车科技，２００５，（４）． （上接第３３页） 根据采用的措施，在机组设计中进行了有效改 进，改进前后振动加速度对比如图５所示。从图５可 看出，通过采取针对性措施，设备所关心的特征频率 振动得到了有效改善，其中设备基频振动降低了２ ｄＢ左右，倍频下降了１０ ｄＢ左右，低频段振动最高降 低了１５ ｄＢ，在高频段下井更为明显，机组总的振动 加速度下降了５ ｄＢ以上，机组振动得到了有效降 低。 因，从振源、振动传递途径和加工工艺三方面入手， 针对性的采取振源控制措施，有效的降低泵组的振 动噪声。为设备的低噪声设计提供良好的方法和手 段。 目前采用低噪声改进设计为综合整体改进，对 各个改进措施取得效果并未进行单独验证，不能区 别各个效果有效程度，需要在今后设计中，进行针对 性设计研究，达到量化设计效果。 参考文献： ４ 结语 通过叶片泵振动机理研究，分析其主要振动成 ［１］１ 陈长征，胡立新，等．设备振动分析与故障诊断技术【Ｍ】 北京：科学技术出版社，２００７：２５４—２５５．