动力总成悬置的设计方法
汽车动力总成悬置系统优化设计PPT课件
旋转惯性力
Pr m1r 2
其水平和垂直的两个分量：
PjⅡ m2r2 cos 2 二级往复惯性力；
注：二级以上往复惯性力很小，已略去。
Prx m1r2 cost Pry m1r 2 sint
二、汽车动力总成悬置系统激振源
2. 发动机的干涉力和力距
c. 惯性力系的平衡 发动机平衡的含义：
惯性力系平衡； 转矩的均匀性。
三、汽车动力总成在车架上的振动
1. 发动机的自由振动
2)系统模型
如图3－1所示。
3)、自由振动方程
整机振动可分解为随同它的质心c点沿 X 、Y 、Z
的三个平动，和绕质心的转动。在微振动条件下，其角
位移可用绕 X 、Y 、Z 轴的转角 、 、 表示。当刚
体作六自由度自由振动时，有如下的表达式：
Mxc Fx
对因汽车摆动造成的车架扭转具有良好的运动顺从性。 阻抗和隔绝动载荷
有效地抑制在汽车行驶中，因道路凹凸不平而引起的激振影响 支承动、静载荷
在所有工况下，承受所有动、静载荷，并使动力总成在所有方 向上的位移处于可接受的范围内，不与底盘上的其他零部件发 生干涉。 保证发动机机体与飞轮壳的连接面弯矩不超过允许值。 保证合理的使用寿命
二、汽车动力总成悬置系统激振源
4. 激振频率分析
经分析可知：
a. 由不平衡量引起的激振力是离心力，它与转速成正比，只有在高转速时其作用 才显著。
b. 均匀点火脉冲的激励作用只有在低速时才明显。由上可知，发动机作为激振源 的激振频率范围为：
c. 地面激振频率范围：
1.5～2.5
可作为悬置设计时依据。
式中：Q －比例常数，一阶不平衡力Q＝1，二阶不平衡力Q＝2 c. 传动轴（变速器挂直接档）不平衡质量引起的激振频率：
动力总成悬置系统设计案例
3. 在发动机高频、小振幅激励下，悬置应具有小刚度，以隔离
发动机的激励向车身或副车架传递，减少车内噪声。
2、动力总成参数
3、确定性优化模型
悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。
（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比
升降速工况悬置隔振量（优化前）
升降速工况悬置隔振量（优化后）
悬置优化后，发动机悬置Z向隔振量增大且稳定。
（5）悬置性能优化前后系统隔振性能对比
升降速工况悬置隔振量（优化前）
升降速工况悬置隔振量（优化后）
悬置优化后，变速箱悬置Z向隔振量增大且稳定。
优化效果验证
左悬 置
后悬置
总结：
案例四、动力总成悬置系统稳健优化
1、动力总成悬置系统模型
汽车动力总成悬置系统
六自由度分析模型
பைடு நூலகம்
动力总成悬置系统的设计要求：
1. 每个悬置在其3个弹性主轴方向的线刚度应满足动力总成固 有频率和解耦率的要求；3个方向上的力—位移非线性特性 ，应能有效控制在汽车的各种行驶工况下（典型工况和极限 工况）动力总成的运动位移。
5、优化前（优化变量：刚度、位置、方位）
6、优化后
优化结果的分析：
确定优化和稳健优化结果的蒙特卡罗分析：
蒙特卡罗分析时，假设悬置最优刚度服从正态分布，变异系 数为0.03（相当于最优刚度有±9%的波动范围）。
确定优化结果的蒙特卡罗分析
稳健优化结果的蒙特卡罗分析
通过比较可知，6西格玛优化得到的解耦率变异系数小于确 定性优化，并且变化区间也比确定性优化结果窄，表明6西
动力总成悬置系统优化设计与匹配---基本理论
目录
一、悬置系统的典型结构及基本理论 二、悬置系统的主要布置方式 三、悬置系统的设计原则 四、悬置系统对汽车N&V特性的影响 五、悬置系统的设计流程和计算方法 六、悬置系统的匹配样车要求及N&V匹配方法
一、悬置系统的基本理论及典型结构
1、悬置的定义：装配在动力总成与车身（架）之间起支撑连接作用并使二者间 的力的传递产生衰减的弹性减振元件。
动力总成的完全解耦布置
动力总成的部分解耦布置
四、悬置系统的设计原则
撞击中心理论：
撞击中心理论主要用于选择前后悬置的位置。当动力总成视为 刚体，前后悬置如果处于互为撞击中心的位置上时，当一个悬置受 到干扰时或冲击时，另一个悬置上的响应为零。
扭轴理论：
当发动机的主惯性轴偏离曲轴轴线 一定角度, 在发动机激振力矩作用下, 发动机体将绕某一固定的“扭轴”作 白由振动。这时悬置布置应围绕“扭 轴”布置更为合理。
2、悬置系统（悬置+发动机+变矩器+变速箱）典型结构
3、各种类型悬置结构
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置的结构型式日趋复杂。主要分为：橡胶悬置、液压悬置、 半主动/主动悬置。
橡胶悬置：结构简单，成型容易、成本低廉，被大量的使用在各型 车辆。缺点：存在高频硬化现象。下面为橡胶悬置常见结构：
压缩式
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（势能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（势能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
悬置系统六自由度力学方程的建立（耗散能）
一、悬置系统的基本理论及典型结构
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车动力总成悬置系统的性能对整车舒适性和耐久性的影响日益显著。
汽车动力总成悬置系统作为连接发动机和车身的重要部分，其振动特性的优劣直接关系到整车的运行平稳性和乘坐舒适性。
因此，对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析及优化设计，已成为汽车工程领域的研究热点。
本文旨在分析汽车动力总成悬置系统的振动特性，并对其优化设计进行探讨。
二、汽车动力总成悬置系统概述汽车动力总成悬置系统主要由发动机、悬置件、支撑结构等组成，其作用是减小发动机振动对整车的影响，保证发动机的正常运行，同时提高整车的乘坐舒适性和耐久性。
该系统的性能直接影响整车的动力性、经济性、舒适性和安全性。
三、汽车动力总成悬置系统振动分析1. 振动来源分析汽车动力总成悬置系统的振动主要来源于发动机的运转和外部环境的干扰。
发动机的运转会产生周期性振动和非周期性振动，而外部环境如道路不平度、风力等也会对系统产生振动影响。
2. 振动传递路径分析汽车动力总成悬置系统的振动通过悬置件传递到车身，进而影响整车的振动特性。
在传递过程中，悬置件的刚度和阻尼对振动的传递具有重要影响。
3. 振动特性分析通过对汽车动力总成悬置系统进行模态分析和响应分析，可以了解系统的振动特性。
模态分析可以获得系统的固有频率和振型，而响应分析则可以了解系统在不同工况下的振动响应情况。
四、汽车动力总成悬置系统优化设计1. 设计目标汽车动力总成悬置系统的优化设计旨在提高整车的乘坐舒适性和耐久性，降低发动机的振动和噪声对整车的影响。
2. 优化方案（1）改进悬置件的设计：通过优化悬置件的刚度和阻尼，减小发动机的振动传递到车身的幅度。
（2）优化支撑结构：通过改进支撑结构的布局和刚度，提高系统的整体刚度和稳定性。
（3）采用先进的控制技术：如主动悬置技术、半主动悬置技术等，通过控制算法对发动机的振动进行主动控制。
3. 优化设计方法（1）理论分析：通过建立数学模型和仿真分析，了解系统的振动特性和优化目标。
《2024年汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》范文
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》篇一一、引言汽车作为现代社会出行的重要工具，其舒适性和安全性已成为消费者选购车辆的重要考量因素。
动力总成悬置系统作为汽车的重要组成部分，其性能直接影响到整车的振动噪声水平及乘坐舒适性。
因此，对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析，并进行优化设计，对于提升汽车性能具有重要意义。
本文将就汽车动力总成悬置系统的振动分析及优化设计进行探讨。
二、汽车动力总成悬置系统概述汽车动力总成悬置系统主要由发动机、变速箱、传动系统等组成，其作用是将发动机产生的动力传递至车轮，同时起到减震、降噪、提高乘坐舒适性的作用。
该系统的性能直接影响到整车的运行平稳性和乘坐舒适性。
三、汽车动力总成悬置系统振动分析1. 振动产生原因汽车动力总成悬置系统的振动主要来源于发动机的燃烧、气缸内的工作过程、燃油的喷入以及各种力的相互作用等因素。
此外，路面不平、车身结构等因素也会对系统产生一定的振动影响。
2. 振动分析方法针对汽车动力总成悬置系统的振动分析，可采用理论分析、仿真分析和实车测试等方法。
理论分析主要依据动力学原理和弹性力学原理对系统进行建模和分析；仿真分析则通过建立系统的有限元模型，对系统进行动力学仿真分析；实车测试则是通过在真实环境下对车辆进行测试，获取系统的振动数据。
四、汽车动力总成悬置系统优化设计1. 设计目标汽车动力总成悬置系统的优化设计目标主要包括降低系统振动、提高乘坐舒适性、减少噪声等。
通过对系统进行优化设计，可提高整车的性能和品质。
2. 优化设计方法（1）材料选择：选用高强度、轻量化的材料，如铝合金、复合材料等，以降低系统重量，提高刚度和减震性能。
（2）结构优化：通过优化结构布局和刚度分配，使系统在受到外界力时能够快速恢复稳定状态，减少振动。
（3）主动控制技术：采用主动控制技术，如主动悬挂系统、电磁减震器等，对系统进行实时控制，以降低振动和噪声。
（4）仿真分析：利用仿真软件对系统进行动力学仿真分析，预测系统的振动性能，为优化设计提供依据。
某项目悬置布置方案案例
某项目悬置布置方案案例一、动力总成悬置系统的设计原则一般在分析动力总成悬置系统振动问题时，由于其固有频率远远低于动力总成和车架弹性体振动频率，因此习惯上将动力总成看做空间运动刚体，把车架看成固定刚体，弹性悬置元件可以简化为具有三个主刚度轴的弹簧阻尼元件。
由理论力学可知，空间刚体运动有6个自由度，这样，发动机悬置系统振动问题就简化为6自由度空间刚体振动问题。
该系统可以看做整车振动的一个子系统，在研究该系统的刚体模态时，它受其它子系统的影响很小。
一般地，对动力总成—悬置这样6个自由度刚体振动系统，各个自由度之间存在运动耦合，即一个方向的激励不但可以引起本方向的振动而且还可以引起其它方向的振动，这就使动力总成振动比较复杂和剧烈，显然是工作过程中不希望出现的。
而且，当各阶振动耦合时，会导致系统振动的最高频率上升，扩大了引起共振的频率范围。
动力总成悬置系统设计的基本原则是解耦布置，即消除各自由度间的弹性耦合和惯性耦合。
这种解耦布置方式的优点是当动力总成上作用有一个方向的激振力或力矩时，系统仅在该方向产生响应，而不影响其它方向的运动。
理论上，当系统所有弹性元件的等效弹性中心与被支承物体的质心重合时，即悬置做汇聚式布置时，系统可以实现完全弹性解耦，即各自由度间的刚度影响系数为零，系统刚度阵成为对角阵。
但实际的发动机悬置设计中，由于受安装空间和制造工艺等因素的限制，不可能将悬置元件布置在系统任意位置上或布置为任意方向，因此汇聚式布置在汽车发动机悬置系统中难于实现。
悬置系统的作用是降低发动机振动的传递和控制发动机位移，悬置系统设计应包括以下几个目标：1.动力总成悬置系统的最高阶固有振动频率应小于发动机工作中的最小激振频率的0.717倍，以实现减振的作用；2.与车身的其他固有频率不产生重合导致共振叠加；3.悬置在系统共振频带内应有较大的阻尼值；4.尽可能多的实现各自由度间的解耦；5.动力总成在诸如汽车起步、制动、转向等极限工况下位移值不能超过允许取值；6.悬置支架应有足够的强度，以承受动力总成悬置系统的各种工况载荷；7.悬置支架应有足够高的固有频率，避免在各个工况激励下产生噪音影响；二、C项目悬置系统布局推荐方案此项目车型的底盘与一汽威姿类似，发动机选用东安汽车发动机制造有限公司的DA4G18发动机。
动力总成悬置的设计方法
4. 设计阶段需要考虑的项目
(ａ)把各个自由度的振动解藕的同时使支持系统的固有振动频 率在激振频率数的1/√2以下，从而提高振动隔离的效果。
确定悬置的具体型式
确定悬置的材料，形状
f=固有振动频率(Hz) K=悬置的动刚度(N/mm) m=悬置支撑的重量(kg)
δ=载荷/悬置静刚度
确定静态情况下的悬置中心 位置
计算举例
动力总成重量 200kg(某悬置支撑载荷100kg) 发动机怠速转速 700rpm(23.33Hz) 固有振动频率(f) 振动传递率10～15%在振动传递率曲线上看到N/f=3
动力总成悬置的设计方法
1. 基本概念
输入项目
• 悬置的布置方式
• 动力总成的重量及各个支撑点的载荷
• 动力总成的转动惯量
输出项目 输出项目 悬置的刚度 悬置的材料 悬置支架
f 确定悬置的支撑位置
确定各支撑点的载荷 (总和等于动力总成的重量)
确定固有振动频率 确定悬置的刚度
振动传递率→固有振动频率 固有振动频率→悬置动刚度
3 悬置(还可能有连接拉杆) 连在弹性底盘结构上
第二种能够提供额外的减振效果。
优点
可以将动力总成和底盘结 构预先分装在一起，然后 再一起装到车身上。 如果底盘结构和车身是弹 性连接的话，还可以提供 额外的减震效果，以减少 从动力总成上传递到车身 上的动态力。
缺点
底盘结构增加了重量和 成本。 比较低的悬置点离动力 总成的最小运动轴线较远， 因此会有较大的动态运动。
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》范文
《汽车动力总成悬置系统振动分析及优化设计》篇一一、引言随着汽车工业的飞速发展，消费者对汽车的性能和舒适性要求越来越高。
其中，汽车动力总成悬置系统的振动问题直接影响着汽车的乘坐舒适性和驾驶稳定性。
因此，对汽车动力总成悬置系统的振动进行分析及优化设计显得尤为重要。
本文将重点探讨汽车动力总成悬置系统的振动分析方法及优化设计策略，以期为相关研究和应用提供参考。
二、汽车动力总成悬置系统概述汽车动力总成悬置系统是连接发动机、变速器等动力总成部件与车身的重要装置，其主要作用是减少振动传递，提高乘坐舒适性和驾驶稳定性。
该系统通常由发动机悬置、变速器悬置、支撑架等组成。
三、汽车动力总成悬置系统振动分析1. 振动来源及传递路径汽车动力总成悬置系统的振动主要来源于发动机的运转、路面不平引起的车身振动等。
这些振动通过发动机悬置、变速器悬置等传递到车身，进而影响乘坐舒适性和驾驶稳定性。
2. 振动分析方法（1）理论分析：通过建立动力学模型，分析系统在不同工况下的振动特性。
（2）实验分析：利用传感器、数据采集系统等设备，对实际车辆进行振动测试，获取振动数据。
（3）仿真分析：运用计算机仿真技术，对系统进行仿真分析，预测振动特性。
四、汽车动力总成悬置系统优化设计1. 设计目标优化设计的目标是在保证动力总成部件安全性的前提下，降低振动传递，提高乘坐舒适性和驾驶稳定性。
2. 优化策略（1）材料选择：选用高强度、轻质材料，降低系统质量，提高系统刚度。
（2）结构优化：通过优化悬置结构、支撑架结构等，降低振动传递。
例如，采用多级减震设计、橡胶减震垫等措施。
（3）动力学性能优化：通过理论分析和仿真分析，对系统动力学性能进行优化，提高乘坐舒适性和驾驶稳定性。
3. 优化设计流程（1）需求分析：明确设计目标，了解用户需求。
（2）方案设计：根据需求分析，提出多种设计方案。
（3）理论分析：运用动力学理论，对各方案进行理论分析。
（4）仿真分析：运用计算机仿真技术，对各方案进行仿真分析，预测振动特性。
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悬置点可能离动力总成的最先 运动轴线比较近，以确保悬置 点上的动态运动位移比较小。 因为直接连到车身上，相比较 而言，成本和重量要小。
主要是的设计约束是车身安装 点的设计和该连接方式的可行 性分析。 无法插入中间的减震元件。
2 悬置 + 连接杆示意
7. 计算实例
7.1 动力总成六个方向的振动为： Longitudinal 纵向运动 Transverse 横向运动 Vertical 垂向运动 Roll 横摇（绕X轴转动） Pitch 纵摇（绕Y轴转动） Yaw 平摇（绕Z轴转动） －应限制各阶最大振幅 －悬置系统六个方向的振动固有频率不低于5HZ， 以避免干涉汽车的动力学特性，不高于15HZ， 以避开1阶激励
f=N/3=23.3/3=7.78Hz
悬置动态刚度(Ｋd) Ｋd=(2πf)2•ｍ/1000 =(2π•7.78)2•100/1000 =239(N/mm) 悬置静态刚度(Ｋs) Ｋs=Ｋd /α =171(N/mm) α=1.4
一般
α=1.4 ～1.5
2. 汽车悬置的振动状态
簧下振动(10～15Hz)：簧下质量的加振。
确定悬置的具体型式
确定悬置的材料，形状
f=固有振动频率(Hz) K=悬置的动刚度(N/mm) m=悬置支撑的重量(kg)
δ=载荷/悬置静刚度
确定静态情况下的悬置中心 位置
计算举例
动力总成重量 200kg(某悬置支撑载荷100kg) 发动机怠速转速 700rpm(23.33Hz) 固有振动频率(f) 振动传递率10～15%在振动传递率曲线上看到N/f=3
F 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1300 2600 4700 7600
7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 2 4 6 8 10 12 14
谢谢大家！
吊挂式悬置
动力总成通过2个或者更多的悬置直接吊在车身 上，或者部分连接到底盘结构上。 主要有三种型式: 3 悬置 2 悬置 + 连接拉杆 (如右图) 2 悬置 + 2 稳定悬置 (日本车大多采用该方式）
混合方案也是可能的，比如：3 悬置 + 1 连接杆,
2 悬置 + 2 连接杆… 优点 缺点
（ｂ）将悬置系统的弹性主轴与扭矩输出轴相配合，将其固定
在由于TORQUE变动而产生的回转振动，不起并进振动的 位置。
（ｃ）为了防止发动机的上下颤动，提高乘坐舒适性，悬置系
统的上下方向的固有频率要设定的比簧下质量的振动频 率低。
(1) 范围L的动刚度（Ｋd1）是前后翻转的 固有频率决定的，提供怠速时防振动 性能。 (2) 线形范围L要在可以支持怠速起步的范 围内尽量小。 (3) 根据经验希望K2/K1比是2~3之间尽可 能小的数。 (4)为了确保发动机舱内正常振动的空间， 急加速等条件下也要保证绝对不能超过 θmax(±4°程度)
动力总成悬置的设计方法
1. 基本概念
输入项目
• 悬置的布置方式
• 动力总成的重量及各个支撑点的载荷
• 动力总成的转动惯量
输出项目 输出项目 悬置的刚度 悬置的材料 悬置支架
f 确定悬置的支撑位置
确定各支撑点的载荷 (总和等于动力总成的重量)
确定固有振动频率 确定悬置的刚度
振动传递率→固有振动频率 固有振动频率→悬置动刚度
＜特点＞ ・左右悬置主要上下方向受力，支撑动力 总成重量。前后悬置主要用来防止动力总成的翻转。 上下方向和前后的翻转方向独立，悬置刚度易于调节。 ・可以将上下方向的悬置刚度设定的高、将防翻转方向的悬置刚度 设定的低。 容易将动力总成的上下振动和怠速振动解藕。
4. 设计阶段需要考虑的项目
(ａ)把各个自由度的振动解藕的同时使支持系统的固有振动频 率在激振频率数的1/√2以下，从而提高振动隔离的效果。
5. 液压悬置介绍
主要通过上下液室间液体的流动阻尼来减震。
振幅与Loss factor的关系
•７～10Hz附件最大Loss factor最大。
这与Engine shake的频率差不多，有利于 减小Engine shake传递到车身上。
•高频振动的频率变化时，动刚度变 化较小。
有利于衰减高频振动。橡胶悬置高频易硬化， 动刚度很大，不利于高频隔振。
7.2 输入条件
7.3 固有频率计算
7.4 悬置受力和位移计算
RHS MOUNT 10000
Fx Fy Fz
LHS00 6000 4000
force [N]
8000 6000 4000 2000 0
force [N]
2000 0 -15 -10 -5 -2000 0 -4000 -6000 -8000 -10000 disp [mm]
3 悬置(还可能有连接拉杆) 连在弹性底盘结构上
第二种能够提供额外的减振效果。
优点
可以将动力总成和底盘结 构预先分装在一起，然后 再一起装到车身上。 如果底盘结构和车身是弹 性连接的话，还可以提供 额外的减震效果，以减少 从动力总成上传递到车身 上的动态力。
缺点
底盘结构增加了重量和 成本。 比较低的悬置点离动力 总成的最小运动轴线较远， 因此会有较大的动态运动。
ROD
Fx
5
10
15
-15
-10
-5 -2000 0 -4000 -6000 -8000 -10000 disp [mm]
5
10
15
10000 8000 6000 4000
force [N]
2000 0 -15 -10 -5 -2000 0 -4000 -6000 -8000 -10000 disp [mm] 5 10 15
原因：路面凸凹不平与簧下质量的共振。
整车前后振动(Car shake)：特定车速范围内10Hz左右的前后 振动。
原因：车身的弹性振动与簧下质量的共振。
发动机上下振动(Engine shake)：发动机上下固有的震动(8～ 15Hz)的共振。 怠速振动：4缸发动机的频率为20～30Hz。
怠速振动易与车身弯曲振动共振。
6. 常用悬置布置方式介绍
现在流行的主要有两种方式： 坐式 吊挂式 主要根据动力总成是坐在前端的结构上，还是吊挂在车身
上来区分。
坐式悬置
动力总成通过三个悬置坐在整车前端的结构上，可能还有其它的选择连接。 坐式悬置还可以分为两种: 3 悬置(还可能有连接拉杆) 连在刚性底盘结构上（如右下图）
F K x 400 ( x x
Kx
(0 x x0 )
)
2
0
( x x0 )
这里x0是指线性段的正边界。
k=
100
x0 =
8 8000
x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
kx 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 400(x-x0)2 0 400 1600 3600 6400
加减速Shock：主要由传动轴扭矩引起的振动。 噪音(60～80Hz)：传动系的振动、车腔共鸣。 加速噪音(～1000kHz)： 传动系的振动对车身的加振。
3. 惯性主轴支撑方式（FF车的主要支撑方式）
左右悬置(图中A,B)要布置在惯性主轴附近。 前后辅助悬置(图中C,D)主要用来防止动力 总成的翻转。