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动力总成悬置系统优化及悬置元件设计方法研究
目录
第1章 绪论
1.1 研究背景概述
近年来，中国经济高速发展，越来越多的家庭将汽车作为消费品引入自己的家庭生活
之中。汽车技术发展至今，人们不再像以往那样仅仅只是关注汽车的动力性能、操稳
性能及经济性能等传统性能了。关于汽车的乘坐舒适性，越来越引起人们的关注。汽

车的NVH特性主要包括三个方面的特性，即噪声（Noise）、振动（Vibration）以及声
振粗糙度（Harshness），这是评价汽车乘坐舒适性的一个十分重要的指标。因此，改
善汽车的NVH性能，提高汽车的乘坐舒适性是汽车技术研究人员不可回避的一个问
题，也是汽车研发过程中的一个关键步骤。
有两个因素是造成汽车振动的主要根源：第一是来自在汽车行驶过程中，车轮所受的
路面随机激励会造成整车的振动。第二是来自动力总成工作过程中所产生的激励。对
于前者因素而言，伴随着车辆悬架设计日趋完善以及道路状况也在不断改进，车轮所
受激励通过悬架系统传递给整车所引起的振动已经得到很好的控制。但是对于后者因
素而言，动力总成悬置系统对于振动隔离能力的大小将会直接影响到汽车的乘坐舒适
性能。其隔振能力是可以通过不断完善动力总成悬置系统的隔振性能来进行改善的。
动力总成悬置系统如果设计好的话，会使发动机工作过程中引起的整车振动大幅降低，
同时还能够减小汽车内部的噪声，使得汽车的乘坐舒适性得到更好的提高。
首先，怎样才能设计出能够有效降低和隔离动力总成振动向车架的传递，拥有良好振
动隔离能力的动力总成悬置系统是汽车研发设计的一个关键过程；其次，动力总成悬
置元件是动力总成悬置系统中的一个关键零件，其隔振性能也会直接影响到系统的隔
振能力。所以，提高动力总成悬置系统的隔振能力，降低整车振动，可以从合理地布
置优化动力总成悬置系统以及设计出更为科学的满足设计刚度要求的悬置元件结构两
个方面来进行深入研究。
1.2 动力总成悬置系统研究概况
拥有良好振动隔离能力的动力总成悬置系统能够有效降低和隔离动力总成振动的传
递，提高汽车的乘坐舒适性。迄今为止，主要是通过下面两种方式来提高发动机悬置
系统的隔振能力的[1]。第一，设计更为科学的满足设计刚度要求的悬置元件，使悬置
元件拥有最佳的动特性，来满足动力总成悬置系统的隔振性能要求。第二，采用隔振
相关理论，合理地布置优化设计悬置系统，使悬置系统拥有最佳的振动隔离能力。以
下将从上述两个方面来回顾国内外的研究历史及现状。
1.2.1 动力总成悬置元件研究概况
在汽车刚刚问世时，工程师通过螺栓将发动机直接连接到车架上，这样以来动力总成
工作时产生的振动以及路面激励都直接传递到整车上去了，造成曲轴箱以及连接支架
的破坏，汽车乘坐舒适性十分糟糕。
在二十世纪初，布垫、皮革等相对柔软一些的部件被用于连接发动机与车架，汽车乘
坐舒适性得到了稍微缓解，发动机等其他部件的寿命也得到了一定提高。
但由于皮革等柔软部件的隔振效果十分有限，橡胶的减振机理也逐渐被人们认识和接
受，于是橡胶悬置被用来连接发动机与车架，降低了振动传递[2]。
橡胶悬置是把橡胶硫化到金属上而组成的，如图1.1所示。

图1.1 橡胶悬置结构形式
随着汽车隔振技术及隔振理论的发展，对于悬置元件的动态性，我们有了新的要求：
当悬置元件处于低频大振幅工作时，能够具有大阻尼和大刚度；当悬置元件处于高频
小振幅工作时，能够具有小阻尼和小的动刚度来降低高频噪声；而橡胶悬置是不具备
这种复杂的特性。此时液压悬置是也就应运而生了。

二十世纪40年代末，RicherHarding和Strachousky先后提出把橡胶支撑和液压减振机
理结合在一起用于动力总成减振。并在美国申请了相关专利[3]。
1962年通用公司的RichardRasmussen发明了一款液压悬置，同时首个液压悬置专利也
被他申请成功[4]。
1979年德国研发了三款液压悬置元件，可以用于/AudiBoge、Freudenberg悬置系统。
德国奥迪公司首次将液压悬置安装应用于五缸机Otto动力总成悬置系统上[5]。我国的
一汽大众公司曾经生产的100Audi车型的发动机前左悬置就是采用这一类液压悬置元
件。
1984年日本研发出一款液柱共振式液压悬置，不仅能够有效衰减动力总成振动，而且

可以使车内空腔BOOM声得到显著降低。
1985年通用公司规定液压悬置必须应用于全部的A型车以及K型车的发动机悬置系统
上[6]。至此开始，液压悬置在美国开始普及应用。与此同时，福特公司也将液压悬置
用于Supercab轻型货车上[7]。
二十世纪80年代末，随着汽车技术的发展及隔振要求的提高，半主动以及主动控制式
液压悬置成为工程师热衷的研究对象。日本三菱公司于1983年首次将电控截流孔开度

半主动控制式的液压悬置用于Ganlant豪华轿车上[8]。
美国Avon公司于1987年首次成功研发出通过调整气体弹簧的气压以此来改变其动特
性的液压悬置[9]。就在同一年，首个主动控制式液压悬置由..RWHerrich实验室研制成
功[10]。
1988年，德国的Freudenberg公司研制出一款半主动液压悬置元件。该款悬置元件能
够依据汽车路况及发动机负荷的的改变及时调整自身阻尼，使其达到最佳隔振状态
[11]。

1991年，Freudenberg公司与Metzeler公司联合研制了一款利用电流变液这种智能材料
调节阻尼特性的主动式液压悬置元件[12]。
1994年，日产公司将电控节流孔开度的半主动悬置用于Cefiro轿车上[13]。
1995年，Delphi公司也在某款四缸机动力总成悬置系统上采用了主动式液压悬置元件
[14]。同年，Paulstra公司以及丰田公司也都分别开发出自己的主动控制式液压悬置元
件，并用于自己的汽车产品上[15]。
1998 年，丰田公司将主动控制式液压悬置大批量应用在凌志Lexus300RX车型的动力
总成悬置系统上[16]。
1.2.2 动力总成悬置系统优化设计理论研究概况
对于动力总成悬置系统隔振理论及优化设计理论的研究是从20世纪30代开始的。

20世纪30代末，Lllife仅仅只是提出了关于悬置系统设计的相关简单原则。在20世纪
50年代，Harrison和Horovitz提出了动力总成悬置系统的六自由度解耦理论[17][18]。
与此同时，Anon和Horriso提出了采用撞击中心理论来完成动力总成悬置系统的振动
解耦的方法[19][20]。
Wison
于1959年以及Timpner于1965 年分别采用撞击中心理论对某悬置系统进行了振

动解耦设计和计算[21]。
随后，扭矩轴理论也被用于对动力总成悬置系统进行振动解耦。按照图1.2所示的布置
型式可以实现对动力总成悬置系统的完全解耦，但是受到整车布置空间和位置的限制，
这种布置实现起来相对比较困难。而按照图1.3所示的布置方式，即如果前后悬置的弹
性中心恰好位于扭矩轴上，而且扭矩轴垂直于前后悬置所在的平面，就可以实现动力
总成悬置系统在主振动方向上的振动解耦[22][23]。

图1.2 动力总成悬置系统解耦布置 图1.3 动力总成悬置系统解耦布置
20世纪70年代中期，Toshio和Sakata采用机械阻抗法分析了发动机的振动和噪声向
整车传递的相关特性[24]。
1976年Schinitt和..EhorlesTLeigang通过相关研究发现，悬置元件的刚度高低影响系统
的振动特性，而悬置元件的阻尼的大小则对振动程度会造成影响[25]。
1979年Stephen.RJohnson开创了利用振动理论对悬置系统进行优化设计的先河，他将
能量解耦以及系统固有频率的合理匹配作为优化目标，选择悬置元件的安装位置，剪
切比以及悬置刚度作为优化变量进行优化，取得了良好的优化效果。并开发了一款动

力总成悬置系统优化软件COEMS[26]。
1983年，ClarkJames.EBenard采用“移频法”，以悬置元件的安装位置和角度，以及
悬置刚度作为优化变量，优化得到了系统合理配置的固有频率[27]。
1983年，徐石安以各悬置处的支反力最小作为优化目标，来对悬置系统进行优化，并
取得一定效果[28]。

1984年，..GeckPE.等人把侧倾方向振动解耦以及正确匹配侧倾方向振动的固有频率的
作为优化目标，优化设计了某款动力总成悬置系统[29]。
1993年，徐石安又提出对于动力总成的各弹性支撑元件可以采用能量解耦的方法完成
解耦，并且此方法对于发动机前置前驱的汽车也是有效的[30][31][32]。
1990年，.MDemic把各悬置处的支反力以及其力矩的和的最小值做为优化目标函数，
应用改进后HookeJeeves方法对某悬置系统做了优化设计[33]。
1992年，上官文斌教授采用撞击中心理论以及扭矩轴理论优化设计了某动力总成悬置
系统[34]。
1992年，一汽技术中心的喻惠然等人提出，对于低频范围内的振动，从优化设计动力
总成悬置系统着手解决；对于主要高频范围内的振动，要从飞轮壳引起的角度进行研
究解决[35]。
1993年，.JohnBretl选择悬置元件的刚度以及悬置元件的安装位置作为优化变量，选
择怠速工况下的座椅振动响应在频域范围内的峰值最小作为优化目标函数进行了整车
振动优化，并开发了一款动力总成悬置系统优化软件AUTOMOUNT[36]。
1994年，HyunKim、MyungGyn等人提出，对于动力总成悬置系统的优化设计，需
要合理地对系统的固有频率进行配置，以便使其与在行驶过程中的轮胎跳动频率以及
车架的弹性模态频率避让开来，避免共振现象的发生[37][38]。

1994年，美国LOHITSA公司对某液压悬置系统进行了六自由度力学模型的建立，将该
系统的力传递率为优化目标函数，对该液压悬置系统做了优化设计，取得良好效果[39]。
1996年，裘新教授对于具有时变特性的液压悬置，采用了多优化目标函数法优化设计
了某液压悬置系统[40]。文献[41]同样详尽描述了某动力总成液压悬置系统的优化方
法，它也是采用的多优化目标函数（悬置支反力幅值最小，系统能量解耦、合理匹配
固有频率）法。
1996年，TsuneoTanak从整车振动角度考虑，建立了包含发动机悬置系统的整车振动
模型，采用有限元手段，在怠速工况时，研究了的整车振动情况[42]。
1997年，史文库教授分析了在车辆怠速时，橡胶悬置对于整车振动所造成的影响以及
液压悬置对于整车振动所造成的影响，并提出当副车架上安装有动力总成悬置元件的
时候，就相当于安装有二级隔振系统[43][44]。

1998年，..ARSoloman选择优化目标是动力总成在侧倾方向传递率为最小，对某卡车进
行了优化，并使该车动力总成在侧倾方向的振动得到了有效降低[45][46]。
1999年，裘新等人对带有副车架系统汽车的发动机液压悬置系统建立了相关力学模型，
并对其隔振性能及固有特性进行了分析和研究[47]。
2002年，吕振华建立了某动力总成液压悬置系统的集总模型，并对系统的动态性能做
了仿真研究[48][49]。
2002年，党兆龙等人以系统振动能量解耦理论、合理布置系统的固有频率等相关振动
隔离及优化理论编制了一款优化设计软件ODPHMS[50]。
2003年，..CQLiu对某款汽车的发动机的悬置系统采用相关振动理论做了优化，同时研
发了一款关于发动机的悬置系统优化设计的软件DynaMount[51]。该款软件可以实现
动力总成模态计算，悬置系统解耦设计等功能。
2005年，范让林对某V型布置的动力总成悬置系统做了深入研究，并对其解耦程度做