发动机悬置系统优化设计及其可靠性分析

发动机悬置系统优化设计及其可靠性分析

李龙 牛玉龙

长城汽车股份有限公司 河北保定 071000

摘要：悬置系统属于汽车发动机中的重要组成部分，通常情况下主要涉及到了三点式与四点式两种形式，因为橡胶悬置本身具有一定的特性，在使用过程中不但可以减少成本的投入，并且还能方便后期维护工作的开展，所以在我国汽车产业中实现了非常广泛的应用。结合目前的实际情况来看，我国发动机悬置系统设计与国外一些发达国家相比仍然还存在较大的差距，很多企业在对发动机悬置系统进行设计的过程中，因为受到技术以及资金方面的限制，所以都是采用类比设计的方法来进行，这就造成在开发程序方面不具备系统性以及独立性。针对这种现象，一定要进一步加强对悬置系统的研究工作。

关键词：NVH；汽车；发动机；悬置系统；优化设计

1、汽车产业的现状分析 结合目前的实际情况来看，汽车保有量一直呈现出上升的趋势，汽车已经成为人们日常生活中非常重要的一项组成部分。在对汽车NVH进行研究的过程中，降低汽车行驶噪音、提升汽车舒适度是目前所面临的主要问题。对于国外一些发达国家而言，很早就开始了对汽车噪音以及振动等问题的研究工作，而我国相对较晚。我国车辆组件相关的NVH汽车制造商与研究机构加强了对性能方面的研究工作，但是还不能满足NVH整个汽车特点研究的相关要求。如今，我国也已经构建了相应的NVH测试分析系统，主要是针对国外一些商业硬件或者是软件进行深入的分析，在核心技术方面具有一定的封闭性。

2、汽车发动机悬置系统分析 汽车发动机中的悬置系统，是经过专门的设计和制造形成的，主要是对汽车行驶过程中产生的振动现象进行有效的传递，然后向车身或者是周围的部件进行传递。通常情况下，悬置系统主要是由两个部分共同组合而成，分别为悬置支架与隔振元件，而动力总成悬置系统设计过程中的合理性，以及自身性能的发挥，在一定程度上将直接影响到驾驶人员的感受和整车NVH性能。结合实际情况来看，悬置系统的作用主要体现在了以下几个方面：第一，支撑作用。悬置可以对动力总成起到非常重要的支撑作用，可以使动力总成在运行过程中不会出现太大的静位移现象。如果是站在这一角度进行深入的分析，一定要采取有效的措施来提升悬置的刚度；第二，限位作用。

悬置还有一个非常重要的作用是可以对悬置本身的位移量起到一定的限制作用，将其控制在合理的范围之内，使汽车动力总成在任何一种工况条件下，都能对动力总成的位移实现合理的控制，并且保证不会对其他部件产生影响；第三，隔振作用。首先，发动机在运行过程中激励会产生一定的振动现象，其振动会向动力总成传递，而悬置系统则可以对这种振动问题实现合理的控制。因此，如果是站在这一角度上进行分析，应该采取有效的措施来降低悬置系统的刚度，这与支撑作用之间存在一定的矛盾问题，这就需要在设计过程中对实际情况进行深入的分析，从而做出正确的选择。由以上分析内容来看，在对悬置系统进行设计的过程中，需要对以下几点引起足够的重视：第一，应该对悬置系统动力总成质心位移进行合理的控制，应该将其控制在合理的范围之内，通常情况下设计限制为：X方向±10mm，Y方向±10mm，Z方向±15mm，其中转角为±3°；第二，对于悬置系统六个方向上的固有频率进行有效的控制，通常情况下应该低于主要的激励频率，一般将其控制在2-20Hz范围之内，对不同的方向而言，其要求具有一定的差异；第三，在对悬置系统进行布置的过程中，应该实现解耦布置，通常结合实际情况主要激励方向解耦率应该大于90%，其他方向的解耦率应该大于80%；第四，关于悬置系统的安装位置、限位情况以及支架模态等方面，如今，我国相关部门逐渐认识到了悬置的重要性，并且相关人员也逐渐加大了对悬置设计理论的研究工作，尤其是在悬置固有频率配置、悬置的解耦分析以及悬置解耦特性的分析过程中，都开展了非常多的试验与研究工作。在此基础上，一定要将最终的研究成果应用于实际中，同时在运用过程中应该逐渐加强对悬置设计理论的完善工作。

3、发动机悬置系统的完善设计 3.1 试验方法 在原本发动机的三个悬置的上下上分别完成了加速度传感器的布置工作，一共为六个加速度传感器，可以完成对18个振动方向的准确测定。将发动机转速由怠速状态下转变为高速状态，然后将其划分为十个等级，然后在对数据采集仪充分利用的基础上，对发动机不同转速工况下各个悬置点的垂直振动加速度信号进行全面的收集，将最终所得到的相关数据进行分析处理之后，完成对了加速度均方根值相关图表的绘制工作。在这次试验过程中，最终所得出每一个测试位置的振动能量数值，通过加速度均分根值的方式进行表示，在对悬置的振动能量传递率进行计算的过程中，都是将悬置下方测点加速度均方根植除以悬置上方测点加速度均方根植，通过这种方式来表示最终的振动能量传递率，也就是振动能量传递率＝下测点加速度均方根值/上测点加速度均方根值，将每一种工况下的振动传递率进行总结，然后在此基础上绘制成相应的对比图表，然后对数据之间进行深入的对比和分析。 3.2 橡胶悬置结构设计 橡胶悬置的结构以及工作原理都比较的简单，通常情况下主要是由金属骨架以及金属骨架上的橡胶组合而成。金属骨架在使用过程中可以有效避免橡胶悬置出现变形的现象，同时还与悬置之间实现了有效的连接；而橡胶可以提供非常重要的内部摩擦阻尼作用，从而这种方式可以对在一定的程度上减少振动现象。针对以上对原机橡胶中存在的问题进行分析，然后重新完成了对橡胶悬置结构的设计工作。另外，为了防止悬置系统在使用过程中会出现共振的现象，所以在设计过程中使用了硬度比较低的48号硬度橡胶，通过这种方式可以在一定程度上改善车内的舒适度。 3.3 橡胶悬置的仿真计算 在对汽车运行过程中橡胶悬置的受力情况进行模拟时，在其中加入了相应频率的振动力矩，在对CFD数值分析软件Ansys充分利用的基础上，完成了对新橡胶悬置数据的分析工作。结合最终的仿真分析结果可以了解到，重新设计的橡胶悬置结构形状与力学性能可以满足发动机与整车匹配的相关要求，另外该悬置的力学性能可以控制在合理的范围之内。

结语：综上所述，本文采用不同的方法对完善之后的发动机悬置各个转速区间的加速度频率特征进行了深入的分析，从而将绘制成了相应的传递率曲线，然后对完善前后的传递率曲线做出了相应的对比。结合最终的试验结果来看，在对设计工作进行完善之后，各个悬置的传递率与之前相比有了明显的降低，并且曲线变化比较稳定，这对于车内舒适度的提升有着非常重要的作用。

参考文献：

[1]张志强，徐铁，陈丹华，蒋伟康.汽车发动机悬置系统多目标设计优化研究[J].噪声与振动控制，2017，37(03):117-121.

[2]周斌.基于NVH的汽车发动机悬置系统优化设计[J].柴油机设计与制造，2016，22(02):1-4+10.

[3]段兆鹏.发动机悬置系统参数的优化设计[J].山东工业技术，2018，000(006):23-23.

[4]张慧杰，郝慧荣，郭志平.六自由度发动机悬置系统分析与优化设计[J].振动工程学报，2019(05).