【文章內容簡介】 任務，需要滿足一系列的靜態(tài)和動態(tài)性能的要求，同時又要受到整車布置的限制。對動力總成懸置系統(tǒng)進行解耦設計，以懸置元件的支承方位和剛度為參數合理分配發(fā)動機的各向振動固有頻率 ，并將懸置系統(tǒng)和車架本身作為一個整體考慮可以進一步改進和優(yōu)化懸置系統(tǒng)，從而降低振動，提高汽車的性能。 產品技術定位與要求： （ 1） 產品開發(fā)原則 ： 1) 技術領先國內主要競爭對手，并保證推出后技術儲備在 5 年以上不落后； 2) 產品系列化開發(fā)、模塊化設計，可向 6 42 系列擴展； 3) 應用新材料、新技術，實施整車輕量化設計，提高承載能力； 4) 主要總成件選用國內主流成熟配套資源； 安徽工程大學成人高等教育畢業(yè)設計 12 5) 從設計到生產嚴格控制成本，零部件有較大通用性。 （ 2） 關鍵技術 ： 1) 符合國家排放標準且掌握知識產權的高性能發(fā)動機 ； 2) 聯合國際設計公司全新開發(fā)的全系列駕駛室； 3) 以 Benz Actros 底盤技術為基礎，引鑒歐洲重卡先進技術； 4) 電子遠程車輛管理系統(tǒng)。 國內外發(fā)展現狀概述 國外許多專家對發(fā)動機懸置系統(tǒng)隔振做出了許多有益的研究和探討。早在1939 年， Illife 就提出了懸置系統(tǒng)設計的一些基本原則，但是較為熟悉的六自由度解耦理論和計算方法是在 20 世紀 50 年代由 Horison 和 Horovitz 完成的。 1979年， Johson 首次用數學的優(yōu)化手段，進行懸置系統(tǒng)的設計，他以合理配置系統(tǒng)的固有頻率和實現各自由度 之間的振動解耦為目標函數，以懸置剛度和懸置坐標為設計變量進行優(yōu)化計算，取得比較令人滿意的優(yōu)化成果。 近二十多年，隨著計算機技術的高速發(fā)展和更有效的振動分析方法的應用，為懸置系統(tǒng)的設計和研究提供了十分有效的手段，使懸置系統(tǒng)優(yōu)化設計和仿真分析得以開展和研究。這段時期中，應用優(yōu)化理論進行的動力總成懸置系統(tǒng)的研究方法，大多是將懸置系統(tǒng)的力學模型簡化，以車架為剛性基礎建立六自由度的剛體阻尼彈簧模型，來最終實現合理配置系統(tǒng)的固有頻率和各自由度之間的解耦。國外學者和廠家在優(yōu)化動力總成懸置系統(tǒng)的位置和剛度的同時，對懸置本身的 結構和動態(tài)特性也開展了大量的研究工作。傳統(tǒng)的動力總成橡膠懸置結構簡單、成本低，但其有阻尼小、剛度偏大及高頻動態(tài)硬化的缺點，難以滿足汽車動力總成在較寬頻率范圍內對懸置系統(tǒng)的隔振要求。因而現代的國外轎車已大部分采用了新一代的液力懸置來取代傳統(tǒng)的橡膠懸置，以滿足更高的整車性能要求。液力懸置是傳統(tǒng)橡膠懸置與液力阻尼組成一體的結構。液力懸置在低頻具有大阻尼、高動剛度特性，既可有效地隔離、衰減發(fā)動機低速時的穩(wěn)態(tài)振動，又可很好地控制、衰減汽車非穩(wěn)態(tài)工況下動力總成的大位移沖擊運動和振動；在高頻域具有小阻尼、低動剛度的特性， 可在較寬頻帶范圍內滿足動力總成的高頻隔振要求，降低汽車在高速行駛中的車內振動和噪聲，明顯改善汽車的乘坐舒適性，并有助于提高汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性。經過 20 多年的發(fā)展，液力懸置結構由簡單到復雜，控制方式也由被動式發(fā)展到半主動控制式及和主動控制式，設計生產技術日趨成熟，應用日趨廣泛，液力懸置已成為動力總成懸置未來發(fā)展的必然趨勢。但是目前由于制造成本、結構安徽工程大學成人高等教育畢業(yè)設計 13 尺寸及制造工藝等原因的限制，國外在輕型車上液力懸置的應用還比較少，還通常采用傳統(tǒng)的橡膠材料作為隔振元件，但橡膠材料的性能、懸置結構形式及制造工藝都有了很大改進 ，使其隔振作用有了明顯的提高。 我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和人們對汽車行駛舒適性要求的提高促進了我國汽車科研工作的廣泛深入。國內的汽車專業(yè)人員對發(fā)動機懸置系統(tǒng)的研究雖起步較晚，但已取得了大量的成果。從 1983 年起，徐石安等人就開始對懸置系統(tǒng)進行了研究，在優(yōu)化問題上以懸置處動反力幅值最小為目標函數，適當控制系統(tǒng)的固有頻率，取得了較好的效果。 1985 年，潘旭峰等人結合 DD680 大客車發(fā)動機懸置參數設計問題，應用模糊集理論，通過移頻、解耦來降低懸置處響應力等各種途徑，對懸置參數進行了模糊多目標優(yōu)化，獲得了較為滿意的綜 合效果。 1992年，長春汽車研究所的喻惠然等 人 給出了發(fā)動機懸置系統(tǒng)設計的一般要求和原則，并對 CA6102 型發(fā)動機的懸置系統(tǒng)進行了基本參數計算和隔振性能研究，提出了改進方案。 同年，上官文斌等人從工程實用的角度出發(fā)，在扭矩軸坐標系中建立優(yōu)化模型，以系統(tǒng)固有頻率為目標函數，充分考慮到系統(tǒng)解耦、撞擊中心理論應用、一階彎曲模態(tài)節(jié)點選取等原則，并以此為約束進行優(yōu)化計算，取得了良好的效果。 1994 年，王立公等人率先在國內對液阻懸置結構發(fā)展進行了系統(tǒng)論述，闡述了各種典型的液阻懸置的結構工作原理和性能特點及其發(fā)展趨勢。 1999 年，裘新等人建立了一種轎車動力總成液阻懸置及副車架系統(tǒng)的非線性力學模型，進行了系統(tǒng)固有振動特性的模擬計算，同時對液阻懸置和橡膠懸置的隔振特性進行了對比分析，并得到實驗模態(tài)分析結果的證實。 2020 年，呂振華等人對國內一種轎車的發(fā)動機液阻懸置建立了集總參數的力學和數學模型，進行了動態(tài)特性仿真，并與實驗測試結果進行了對比分析，其研究方法具有一定的指導意義。 目前國內的客車和貨車動力懸置系統(tǒng)中運用的減振裝置主要還是傳統(tǒng)的橡膠元件，被動式液壓懸置在一些轎車上得到了應用。至于半主動和主動式液力懸置由于其成本和可靠性的 原因，目前國內汽車上還沒有應用實例。 1. 3 本課題研究的內容和方法 發(fā)動機系統(tǒng)設計是指發(fā)動機在整車上的安裝應用工程，是在整車布置允許的空間內，根據整車的工作周期、負荷系數、工作環(huán)境、性能和大修期，合理地選擇、設計發(fā)動機系統(tǒng)中的零部件，使之與發(fā)動機相匹配。同時精心設計相應的連接管路及支架。在第一輪設計階段，為了保證零部件性能和可靠性，參考了市場同類車型的開發(fā)成果，結合此前車型的成功開發(fā)經驗，并借助理論分析，來確定安徽工程大學成人高等教育畢業(yè)設計 14 系統(tǒng)、零部件的參數和結構。 使發(fā)動機系統(tǒng)達到以下要求： 1)能保證發(fā)動機總成在汽車規(guī)定的任何使用 條件下輸出正常的功率、扭矩。 2)保證發(fā)動機正常的燃油，機油消耗量。 3)保證發(fā)動機在底盤上安全可靠地工作，提高整車的可靠性和耐久性。 4)降低附件耗功。 5)為降低整車噪聲做貢獻。 6)為整車平順性及排放達標做貢獻。 本課題根據發(fā)動機的設計要求，總結 Benz Actros 及東風天龍的設計經驗，同時分析市場上同類車型發(fā)動機系統(tǒng)參數，通過理論分析，最終完成了集瑞L41AB 發(fā)動機系統(tǒng)設計。 主要內容是設計與發(fā)動機相匹配的進排氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、懸置系統(tǒng)等，并使各系統(tǒng)與整車性能相適應。 安徽工程大學成人高等教育畢業(yè)設計 15 第二章 汽車動力總成懸置系統(tǒng)的設計理論 汽車動力總成懸置系統(tǒng)的作用 1） 隔離振動 在發(fā)動機所有工作轉速范圍內，發(fā)動機產生的振動必須通過懸置系統(tǒng)加以隔離，盡可能降低傳給汽車底盤和車身的振動。同時，懸置系統(tǒng)還必須隔離由道路不平引起的車輪、懸掛系統(tǒng)的振動，防止這一振動向發(fā)動機傳遞，避免發(fā)動機振動加劇，以滿足車輛運行時的平穩(wěn)性和舒適性，并保證怠速和停機時發(fā)動機的穩(wěn)定性。 2） 發(fā)動機支承和定位 在發(fā)動機本身振動和外界作用力驅動下，發(fā)動機和底盤之間必然存在著相對運動。所以懸置系統(tǒng)必須具有控 制發(fā)動機相對運動和位移的功能。 3） 保護發(fā)動機 車輛在行駛過程中同時承載著動態(tài)負荷和沖擊負荷，懸置系統(tǒng)應具有保護發(fā)動機的能力，防止發(fā)動機個別部位因承受過大的沖擊載荷而損壞。 4） 發(fā)動機與底盤之間的連接零件必須要有足夠的柔性 如：排氣管、進氣管、燃油管、冷卻水管、油門操縱機構及變速箱操縱機構等。如果他們的剛度較大，發(fā)動機的振動容易損壞這些零件，尤其在怠速停機、出現共振時。 5） 懸置系統(tǒng)的零件必須具有足夠的強度和可靠性，在嚴重的沖擊負荷下應保證不發(fā)生損壞。 6） 克服和平衡因扭矩輸出而產生的發(fā)作用力。 7） 發(fā) 動機懸置系統(tǒng)的設計還應滿足裝配精度低、拆裝方便和維修接近性好等條件。 8） 懸置系統(tǒng)零部件還應符合低成本、通用化、標準化和系列化要求。 9） 保證發(fā)動機機體與飛輪殼的連接面彎矩不超過發(fā)動機廠家的允許 值。 汽車動力總成懸置系統(tǒng)的設計原則及布置形式 懸置系統(tǒng)彈性支承常用的布置 方 式 不同汽車的動力總成性能參數及其布置空間存在較大的差別，這些因素導致汽車動力總成懸置系統(tǒng)布置的限制條件各不相同，從而布置方式也是多種多樣。任意布置的懸置型式會導致懸置元件 間 各向剛度的相互耦合 。每個彈性懸置不論其結構形 狀如何，都可看作是一個由三個相互垂直的彈簧組成的結構（粘性阻尼安徽工程大學成人高等教育畢業(yè)設計 16 結構），按照這三個彈簧的剛度軸線和參考坐標軸線間的相對位置關系，一般汽車上應用的懸置系統(tǒng)彈性支承的布置可以有三種不同方式。 （ 1） 平置式 。 這是一種常見的、傳統(tǒng)的布置方式，它布局簡單、安裝容易。在這種布置方式中，每個彈性支承的三個相互垂直的剛度軸各自對應地平行于所選取的參考坐標軸。 在平置式中，消除耦合振動的主要方法，是使懸置對稱布置，使其位置坐標的正負數值之和為零，從而消除了完全耦合。 （ 2） 斜置式 。 目前汽車中 懸置系統(tǒng) 多 采用這種 布置方式。在這種布置 方式中， 每個彈性支承的三個相互垂直的剛度軸相對于參考坐標軸的布置是：除了 一根 軸平行于參考坐標外，其它兩 根 軸分別與參考坐標軸有一夾角 θ。 一般斜置式的彈性支承都是成對的對稱布置在垂向縱剖面的兩側，但每對之間的夾角可以不同，坐標位置也可以不同，主要根據車架的結構形式和隔振的需求來布置。 這種布置方式的最大優(yōu)點是：它既有較強的橫向剛度，又有足夠的橫搖柔度。 （ 3） 會聚式 。 這種布置方式的特點是彈性支承的所有隔振器的主要剛度軸均會聚相交于同一點。除了有良好的穩(wěn)定性外它最大的優(yōu)點是可以通過調節(jié)傾斜角度和布置坐標的關系來獲得六 種完全獨立的振動模態(tài)。只是這種布置方式實施起來并不容易，且一般汽車發(fā)動機并沒有縱向激勵，因此應用不多。 支承點的數目及其位置 汽車發(fā)動機動力總成的懸置系統(tǒng)多采用三點或四點支承。支承數目主要是根據發(fā)動機類型，前后承載重量分配以及激振力情況而定的。采用三點支承的優(yōu)點是不管汽車怎樣顛簸、跳動，動力總成懸置系統(tǒng)總能保證各支承點處在一個平面上，這就大大改善了機體的受力情況。目前有很多汽車發(fā)動機即使是采用四點支承 ， 也力求將飛輪端的兩點 支承 盡量靠攏，以達到三點支承的效果。 在選擇支承點的布置位置時還應該考慮兩方面 的問題：一是打擊中心問題；二是機身一階彎曲振動問題。 動力總成懸置系統(tǒng)的振源分析 從機械振動學的角度來看動力總成懸置系統(tǒng)，它是一個強迫振動系統(tǒng) [16]。它基本上受到兩個振源的激勵：一是來自動力總成內部的激勵；二是來自汽車行駛的路面的激勵。主要概括為以下幾個方面 [17]： （ 1）不平衡的回轉運動質量所產生的離心力及離心力矩 。 （ 2）不平衡的往復運動質量所產生的慣性力及慣性力矩 。 安徽工程大學成人高等教育畢業(yè)設計 17 （ 3）不平衡的反作用簡諧扭矩 。 （ 4）個別氣缸不發(fā)火或爆發(fā)壓力不均勻 。 （ 5）因機身 （ 曲柄箱 ） 剛性不足導致內力矩輸出引起 。 （ 6）由路面不平坦引起 (屬低頻隨機振動 )。 （ 7）由汽車行駛中加速或剎車時的慣性力引起 （ 使發(fā)動機產生縱向振動 ） 。 我們在研究動力總成懸置系統(tǒng)時主要考慮的是來自其本身的內部激勵。故上述的前 三項振動源 （不平衡的 回轉運動質量 、 不平衡的往復運動質量、反作用簡諧扭矩引起的力和力矩 ）是我們設計時主要考慮的對象 。由這三項振動源 所 引起的 動力總成 的振動模態(tài)主要是平搖，縱搖及橫搖。 由不平衡量引起的激振力是離心力，它的大小與轉速平方成正比，只有在高轉速時其作用才明顯；而著火脈沖的激勵作用只有在低速時才明顯，因此 一般在高轉速 作用 下由不平衡的慣性力和力矩引起的振動大些，而在轉速低時則由不平衡的簡諧扭矩引起的振動大些。 動力總成懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法 對發(fā)動機懸置參數進行優(yōu)化，能夠實現懸置系統(tǒng)動態(tài)特性與整車動態(tài)特性的合理匹配，有效地控制發(fā)動機振動干擾力對汽車振動的影響，改善汽車乘坐舒適性。國內外許多人對此進行了研究，提出了多種優(yōu)化分析方法。如：動力總成懸置系統(tǒng)六自由度解耦或部分解耦；系統(tǒng)固有振動頻率的配置；系統(tǒng)的振動傳遞率或支承處動反力最小等方法。 動力總成懸置系統(tǒng)的解耦設計 通常 動力總成 懸置系統(tǒng)的六個自由度的振動 是耦合的，這樣 會 導致 動力總成懸置系統(tǒng) 的振幅加大