汽车发动机悬置设计分析解析

汽车悬置系统设计指南(一)2024

汽车悬置系统设计指南（一）2024

汽车悬置系统设计指南（一）

引言概述：

汽车悬置系统是汽车底盘系统的重要组成部分，对于汽车的驾驶稳定性和乘坐舒适性至关重要。本文旨在提供汽车悬置系统设计的指南，帮助读者了解悬置系统的基本原理和设计要点，从而优化汽车悬置系统的性能与驾驶舒适。

正文内容：

一、悬置系统基本原理

1. 悬置系统的定义和作用

2. 悬置系统的基本组成部分

3. 悬置系统的工作原理

4. 悬置系统与驾驶稳定性的关系

5. 悬置系统与乘坐舒适性的关系

二、悬置系统设计要点

1. 悬置系统弹簧的选取和设计

2. 悬置系统减震器的选择和调整

3. 悬置系统阻尼的调节和优化

4. 悬置系统材料的选择与优化

5. 悬置系统与车体结构的匹配设计

三、悬置系统振动控制

1. 悬置系统振动类型与特性汽车悬置系统设计指南（一）2024

2. 悬置系统振动控制的方法

3. 悬置系统调频器的设计与优化

4. 悬置系统振动控制与驾驶稳定性的关系

5. 悬置系统振动控制与乘坐舒适性的关系

四、悬置系统磨损与维护

1. 悬置系统磨损的原因与表现

2. 悬置系统磨损程度的检测方法

3. 悬置系统磨损的预防与延长寿命的方法

4. 悬置系统维护的注意事项

5. 悬置系统维护对驾驶稳定性和乘坐舒适性的影响

五、悬置系统创新与发展趋势

1. 悬置系统新材料的应用

2. 悬置系统主动控制技术的发展

3. 悬置系统电子化的趋势

4. 悬置系统智能化的发展

5. 悬置系统可持续发展的方向

结论：

通过本文的介绍，读者可以更好地理解汽车悬置系统的设计原理和要点，并在实际应用中引导悬置系统的优化与改进。汽车悬置系统的设计不仅影响驾驶稳定性和乘坐舒适性，也与汽车的安全性和性能密切相关。因此，合理设计和维护汽车悬置系统对于提高整汽车悬置系统设计指南（一）2024

车的操控性和乘坐舒适性至关重要。未来，随着汽车技术的飞速发展，悬置系统将面临更多的创新与发展机遇，我们期待悬置系统能够更好地满足人们对于汽车驾驶体验和乘坐舒适性的需求。

发动机-悬置参数设计要求

发动机－悬置参数设计要求

根据人体生理学的研究，人体对振动最敏感的频率范围为4～8Hz，车辆的振动特性要保证人的乘坐舒适性，就要避开4～8Hz时的振动。在车辆设计中，车身－悬挂系统的设计频率一般在1.9～3Hz，簧下质量的振动频率即轴头跳动频率一般在11～15Hz左右，发动机－悬置系统作为一个振动子系统，它其中的悬置是连接发动机和车身的唯一部件，它不但要支承发动机的重量，而且还起到在发动机和车身之间隔振的作用。悬置的刚度太大，就起不到有效的隔振作用，太软又会降低其使用寿命。根据隔振原理，发动机－悬置系统振动的频率要大于车身－悬挂频率的1.4倍，才能起隔振作用。最理想的是2倍以上。(最大不大于2.5倍) ，因此发动机－悬置系统振动的最低频率要保证不小于3×2＝6Hz，其次，发动机动力总成作为整车动力减振器，其垂向振动频率应为轴头跳动频率的0.8～0.9倍，换成频率就是12～13.5Hz，另外，发动机怠速时的转速约为750～800转∕分，对应激励频率为28Hz(四缸机)，它要大于发动机动力总成绕曲轴轴线转动频率的2倍，即28∕2＝14Hz。所以，发动机－悬置系统的设计频率就是6～14Hz。在这个范围内，频率设计区间越小越好。

根据这个设计原理，如果把发动机－悬置系统的频率固定在6～14Hz的话，就要求车架的最低阶频率(一般即为扭转频率)要保证在大于3Hz和小于6Hz之间。或者大于15Hz以上。这要根据车辆设计具体的要求而定。没有统一的模式；但如果发动机悬置的参数达到合理设计(如刚度、布置角度，安装位置等)，能够使发动机动力总成－悬置系统的振动频率在6～14Hz内区间更缩小的话，如8～12Hz，那么对车架的频率要求就会宽松一些。因此，这是一个系统参数优化与合理匹配的问题。在汽车研究领域，国内还没有成熟的经验和有用的参考数据，还需作长期、大量的工作来解决。

(完整版)动力总成悬置系统布置设计研究

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动力总成悬置系统布置设计研究

影响悬置系统布置设计的因素

发动机汽缸数的影响不同缸数的发动机对动力总成的振动鼓励型式和鼓励频率不同。对于四缸四冲程发动机，在低频区的激振成分主要是第二阶不平衡往复惯性力;对于六缸四冲程发动机，其激振成分主要是第三、六阶转矩谐量。根据隔振理论，动力总成刚体振动模态频率应比主要激振频率的倍要小。考虑怠速隔振的情况，当发动机的怠速转速相同时，四缸发动机动力总成的刚体振动临界频率上限需低于六缸机。对于四缸机，应特别注意其二阶不平衡往复惯性力。发动机布置方式的影响FF(发动机前置前轮驱动)式汽车的发动机可以横置或纵置，而横置发动机和纵置发动机的倾覆力矩对车身的低阶弯曲、扭转振动模态的相互耦合、匹配关系也完全不同。虽然动力总成的转动惯量几一般比几要大得多(3一倍左右)，但动力总成的俯仰振动模态频率一般低于侧倾振动模态频率，动力总成的俯仰振动幅值往往小于侧倾振动幅值。在发动机怠速工况下，动力总成的侧倾振动较大，为了防止动力总成的振动引起车身的低阶弯曲、扭转模态共振，在动力总成悬置系统设计过程中需要合理匹配车身弯曲或扭转振动模态与动力总成刚体侧倾振动模态的频率，同时对动力总成悬置安装点与车身固有振型节线的相对位置关系进行合理匹配。例如，对于横置式发动机，动力总成的前后悬置不宜跨置于车身弯曲振型节线的两侧。动力传动系统型式的影响对于发动机前置—前轮驱动的FF式汽车动力传动系，其动力总成还包括驱动桥主减速器，使得作用在动力总成上的驱动反力矩比FR式汽车大大增加，就要求1(完整版)动力总成悬置系统布置设计研究

2 提高悬置的静刚度。同时，FF式汽车动力总成与FR式相比，其扭矩轴与曲轴的夹

角明显增大，当其悬置系统采用 V型布置方案时，往往由于布置空间和布置位置

的限制，难以使得悬置组在布置到达使悬置组的弹性中心落在扭矩轴上的目标。

因此，有必要在整车总布置初期预留必要的空间。

汽车发动机悬置安装点最佳位置的优化研究

车辆工程技术56 车辆技术

汽车发动机悬置安装点最佳位置的优化研究

郭晓达,苗　森

（长城汽车股份有限公司,河北保定 071000）

摘　要：汽车作为主要的交通工具，人们对汽车的乘坐舒适性要求也越来越高。动力总成是汽车的主要激励源，降低动力总成传递到车身的振

动能量对于降低整车振动噪声有很大帮助。本文就汽车发动机悬置安装点最佳位置的优化展开探讨。

关键词：振动与波；发动机悬置；位置优化

1　发动机布置特点分析

发动机安装于汽车底盘，为了降低整车重心，发动机需要尽可能

布置在较低位置。通常根据发动机布置位置所在轴线与整车行驶方向

的相对关系，可分为纵置式、横置式、斜置式发动机。当汽车采用不

同的发动机布置型式时，悬置支架的设计会有不同的侧重点。在纵置

式车型中，发动机位于车辆前轴的前上方，在这种布置方案中，发动

机和车架之间是通过悬置进行连接和固定的，悬置支架是核心部件。

2　系统动力学耦合模型

对悬置进行优化，首先要建立动力总成、悬置和车身的动力学耦

合模型，在模型的建立过程中，以动力总成质心坐标系为标准，O-XYZ

为与动力总成质心坐标系平行的广义坐标系，而UVW坐标系为各个

悬置安装位置与方向所决定的局部坐标系，分别对应左悬置、右悬置

和后悬置。

在简化模型中，动力总成被简化成包含3个平动3个转动的六自

由度刚体，每个悬置与弹性的车身连接的节点具有3个平动自由度，

整个简化系统可以看做为十五自由度的模型。根据拉格朗日方程，系统的振动微分方程为：（1）

式中:分别为动力总成质心和3个悬置对应的广义

坐标；[M]为系统质量矩阵；[K]为系统刚度矩阵；F为动力总成质心

等效激励力。系统质量矩阵表达式为：（2）

式中：

m0为动力总成质量；J为动力总成转动惯量；其余9个自由度质量

不计。系统刚度矩阵表达式为：

式中：

Cn为每个悬置点处广义坐标与局部坐标系之间的夹角欧拉矩阵；

Sn为动力总成质心6个自由度方向上的运动引起的悬置点动力总成一

基于ADAMS的发动机悬置系统设计

摘要：发动机悬置系统的动静态特性影响整车的行驶平顺性，因此对发动机动力总成的研究可以在一定程度上改善乘车的舒适性和行驶的平顺性；本文分析了ADAMS的发动机悬置系统设计。

关键词：振动与渡；发动视总成；悬置系统；ADAMS；优化设计

随着汽车技术的快速发展，现代汽车设计正朝着微型化、经济化和轻型化的方向发展。然而，使用小缸数和大功率发动机会增加发动机振动的激励增大;车身质量的降低反过来又会导致车身刚度的降低，从而导致从发动机传递到车身的振动增加，以及车辆内部振动和噪声特性的恶化。传动系可见悬挂系统的隔振特性对车辆的舒适性有重要影响。可见动力总成悬置系统不仅可以减少底盘的振动传递，降低车内噪声，提高行驶舒适性，而且可以更好地保护传动系。

一、动力总成悬置系统的优化设计

1．解耦设计的研究。两个或两个以上的振动模式的振动输入在一定的振动模式下(或在某一广义坐标方向)是耦合,导致另一个振动的响应模式或多个模式(或在另一个广义坐标方向或在多个广义坐标方向),和耦合分离称为分离。解耦的目的是使每个自由度的振动(即,每个振动模式)相对独立或分离,这样的措施可以采取独立的自由度隔振效果较差,而不影响其他方向的相关性能的自由度。当各自由度相互独立时，谐振频率可能小于存在耦合时，特别是在高激发能方向，以确保解耦。动力总成悬置系统的动态特性与发动机质量、惯性矩、悬置系统参数(支承位置、支承单元刚度、安装角)有关。通常,中心的主惯性轴动力总成悬置系统作为坐标系统安排弹性元素,所以弹性支承的弹性中心位于主惯性轴悬挂系统,消除弹性耦合,因此发动机曲轴的扭转振动和其他方向的振动解耦程度较高。条件下的车辆安排,然而,完全解耦的悬架系统是一个复杂的过程,因此,通常实际上只要在主振动力量(曲轴惯性力矩的方向,旋转离心力和曲轴的转矩,活塞连杆和路面不平度引起的垂直方向不平衡惯性力)方向满足要求的解耦。

重卡动力总成悬置设计方法与产品开发

机械工程师网址：电邮：*******************圆园21年第9期MECHANICALENGINEER重卡动力总成悬置设计方法与产品开发苏朝霞1，董加加1,2（1.北汽福田汽车股份有限公司工程研究总院，北京102206；2.北汽(常州)汽车有限公司，江苏常州213000）

0引言重型卡车用动力总成悬置系统通常为6点布置，位于发动机前端左右对称布置的悬置称为A点悬置；位于发动机飞轮壳左右两侧对称布置的悬置称为B点悬置；位于变速箱尾端上方的辅助支撑称为E点悬置，如图1所示。某系列车型配备AMT自动变速箱的车型采用的悬置安装点为A+B+E。其中，E点壳体开裂故障率为0.19%。如图2所示，该自动变速箱E点处壳体的故障形式主要表现为：1）钢套脱出；2）钢套脱出同时E点橡胶开裂；3）E安装凸台根部开裂。变速箱壳体损坏则需要更换整个壳体，费用高昂，售后抱怨强烈，橡胶软垫频繁开裂也导致较高抱怨。1仿真及试验验证1.1仿真分析1.1.1原车悬置系统参数车辆动力总成参数如下：动力总成总质量为1318.53kg，摘要：为了解决重卡变速箱辅助支撑的橡胶主簧频繁开裂和其安装螺栓处的变速箱壳体频频发生开裂的问题，提出一整套新的设计方法并开发出全新的悬置系统结构。使用该设计方法中的悬置载荷分配技术，通过计算刚度与载荷的变化关系，重新分配前、后、辅助支撑刚度，以降低变速箱壳体的载荷。通过精确设计刚度曲线软、硬限位拐点，该方法中的动力总成位移控制技术使动力总成在所有工况的位移量均在预期范围内。在产品设计中，在前、后软垫总成的结构上开发了具有三向等刚度设计的第三代软垫总成，在变速箱辅助支撑的结构上开发了具有全向软限位的衬套结构。关键词：重卡；悬置系统载荷分配；动力总成位移控制；三向等刚度结构悬置；衬套结构辅助支撑中图分类号:TH122文献标志码:粤文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园21）09原园093原园5DesignMethodandProductDevelopmentofHeavyTruckPowertrainSuspensionSystemSUZhaoxia1,DONGJiajia1,2(1.BeiqiFotonAutomotiveEngineeringProductResearch&DevelopmentInstitute,Beijing102206,China;2.Beiqi(Changzhou)AutomotiveCo.,Ltd.,Changzhou213000,China)Abstract:Inordertosolvethefrequentcrackingoftherubbermainspringoftheauxiliarysupportoftheheavytruckgearboxandthefrequentcrackingofthegearboxhousingatitsmountingbolts,thispaperproposesasetofnewdesignmethodsanddevelopsanewsuspensionsystemstructure.Thesuspensionloaddistributiontechnologyinthisdesignmethodredistributesthefront,rear,andauxiliarysupportstiffnessbycalculatingtherelationshipbetweenstiffnessandloadchangestoreducetheloadonthegearboxhousing.Thepowertraindisplacementcontroltechnologyinthismethodaccuratelydesignsthesoftandhardlimitinflectionpointsofthestiffnesscurvesothatthedisplacementofthepowertrainunderallworkingconditionsiswithintheexpectedrange.Inproductdesign,thethird-generationcushionassemblywiththree-wayequalstiffnessdesignisdevelopedonthestructureofthefrontandrearcushionassemblies.Abushingstructurewithomnidirectionalsoftlimitisdevelopedonthestructureoftheauxiliarysupportofthegearbox.Keywords:heavytruck;suspensionsystemloaddistribution;powertraindisplacementcontrol;three-wayconstantstiffnessstructuralsuspension;auxiliarysupportofbushingstructure

汽车悬置简介

1. 悬置的作用

悬置系统是作为衔接动力总成和车身的部分存在的，如图1所示。主要作用是支撑动力总成、减少动力总成的震动对整车的影响、限制动力总成的抖动量，对整车NVH性能起着非常大的作用。现在一般低端入门级车一般采用三点、四点橡胶悬置，好一点的会配合液压悬置一起使用。由于发动机本身是一个内在的振动源，同时也受到来自外部的各种振动干扰，引起零部件的损坏和乘坐的不舒适等，所以设置悬置系统，把发动机传递到支承系统的振动减小到最低限度。成功地控制振动，主要取决于悬置系统的结构型式、几何位置及悬置软垫的结构、刚度和阻尼等特性，确定一个合理的悬置系统是一件相当复杂的工作，它要满足一系列静态及动态的性能要求，同时又受到各种条件的约束，这些大大增加了设计的难度。

一般来讲对发动机悬置系统有如下要求：

① 能在所有工况下承受动、静载荷，并使发功机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。同时在发动机大修前，不出现零部件损坏。

② 能充分地隔离由发动机产生的振动向车架及驾驶室的传递，降低振动噪声。

③ 能充分地隔离由于路面不平产生的通过悬置而传向发动机的振动，降低振动噪声。

④ 保证发动机机体与飞轮壳的连接处弯矩不超过发动机厂家的允许值。

图1 悬置分布示意图

2. 悬置的制造工艺

悬置通常包括车身连接架和橡胶总成，橡胶总成起到减震的作用。橡胶总成包括壳体、芯子、橡胶减震块、带螺母的双头螺栓，橡胶减震块通过硫化裹覆在芯子的下部，橡胶减震块固定安装在壳体内，芯子的上部伸到壳体外，双头螺栓的下端伸入芯子内并锁紧在一起，如图2所示。

图2右悬置结构图

悬置的制造过程主要包括橡胶密炼，表面处理、硫化和装配，如图3所示。

图3 工艺流程示意图

2.1硫化

硫化又称交联、熟化。在橡胶中加入硫化剂和促进剂等交联助剂，在一定的温度、压力、时间条件下，使线型大分子转变为三维网状结构的过程。由于最早是采用硫磺实现天然橡胶的交联的，故称为硫化。下图4所示为天然橡胶的硫化曲线。硫化曲线可将硫化反应过程分为诱导期（或称焦烧时间）、热硫化反应期、正硫化期和过硫化期四个阶段。