发动机右悬置支架的优化
科技信息○机械与电子○ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ２００８年第２５期
发动机右悬置支架的优化
吴
（１．芜湖职业技术学院
安徽
芜湖
钱道新２
２４１０００；２．奇瑞汽车有限公司
红１
安徽
芜湖
２４１０００）
摘要】本文首先对悬置系统的安装方式进行阐述，分析其不足。利用有限元分析软件ＭＳＣ．ＮＡＳＴＲＡＮ对发动机各悬置支架进行有限【
元分析计算，得出各支架的前８阶模态参数，对右悬置支架刚度进行了优化，从而有效地降低了车内噪声，达到了预期的目的。并通过实车进行了试验验证。
关键词】发动机；悬置支架；刚度；优化【
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍｏｕｎｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｆｉｒｓｔａｎａｌｙｚｅｄ．ＢｙｕｓｉｎｇＭＳＣ．ＮＡＳＴＲＡＮｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ
ａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｅａｃｈｍｏｕｎｔｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｉｎｅｎｇｉｎｅｉｓｍａｄｅ，ａｎｄｔｈｅｆｉｒｓｔｅｉｇｈｔｓｔｅｐｓｏｆｍｏｄａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｉｇｈｔｍｏｕｎｔｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｔｈｕｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｎｏｉｓｅｆｒｏｍｖｅｈｉｃｌｅａｎｄａｃｈｉｅｖｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｐｕｒｐｏｓｅ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎａｒｅａｌｖｅｈｉｃｌｅｉｓｍａｄｅｆｏｒｔｅｓｔｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ．
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｅｎｇｉｎｅ；ｍｏｕｎｔｉｎｇｓｕｐｐｏｒｔ；ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
１．引言
汽车噪声是环境污染的主要来源之一，汽车噪声的大小是衡量汽车质量水平重要指标，因此，汽车噪声的控制也是世界汽车工业的一个重要课题。汽车的噪声源有多种，有些是被动产生的，有些是主动发生的。其成因主要为以下的振动源和声源：发动机燃烧和惯性力引起的振动通过发动机悬置和副车驾传到车身上，引起车身结构振动，并进一
进气噪声、步向车内辐射中频噪声；伴随发动机运行产生的排气噪声、
风扇噪声、结构噪声等由空气通过车身的孔、洞、缝隙传至车内或通过车身板壁透声至车内；由传动系质量不平衡及齿轮啮合产生的振动传到车身，引起车身振动，并进而辐射中频噪声至车内；机械运转发出的噪声由空气传播至车内等。其中，悬置系统设计的优劣直接关系到发动机振动向车体的传递，影响整车乘坐舒适性。
悬置元件两边各有一个支架，一个与动力总成相连，另一个与车身或者车架相连。支架———悬置元件———支架组成了系统，是振动传
悬置系统的刚度递的通道。支架有一定的刚度，就好象是一个硬弹簧。
不仅是悬置元件的刚度，而且还取决于支架的刚度。这三者串联起来的总刚度过才是悬置系统的刚度。
系统的总刚度可用下面的式子计算：
是由结构共振引起的，或是在进气、排气腔引起的差的声学效果。在这篇文章中，我们关注的是由发动机的２阶振动引起的悬置系统的弯曲响应。
图１右悬置支架在动力总成上的安装位置
１＝１＋１＋１ＥＬＶ式中ＫＥ———动力总成支架的刚度；
——悬置元件的刚度；ＫＬ—
——车身或车架边支架的刚度。ＫＶ—
如果这两个支架都非常硬，刚度趋向于无穷大，即ＫＥ→∞，ＫＶ→∞，
那么就有Ｋ≈ＫＬ，即悬置系统的刚度就是悬置元件的刚度。可是，当支架的刚度比较低时，情况就不一样了，系统实际的刚度会比期望的刚度低，这样就达不到设计的隔振效果。此外支架刚度不足还会导致局部结构的共振，甚至将结构噪声传递到车厢内。
为了达到良好的隔振效果，支架的刚度必须要比悬置元件的刚度大到一定程度。通常遵循两个标准，一个标准是支架刚度应该是悬置元件刚度的６－１０倍，另一个标准是支架的最低频率应该在５００Ｈｚ以上。
图２国际上类似机型悬置安装示意图
２．悬置系统安装方式简述
动力总成前置前驱动汽车（简称ＦＦ式汽车）结构紧凑，空间利用率高，高速行驶时具有良好的平顺性和安全性，在中、低档轿车中得到了广泛应用。在ＦＦ式汽车中驱动反力矩直接作用在动力总成悬置上，故动力总成悬置除支承动力总成质量、扭短波动、往复惯性力外，还应支承驱动反力矩作用（考虑到差速器变速比，驱动反力矩是动力总成输出力矩的３—４倍以上），因此，为限制动力总成的振幅，悬置应具有较高刚度，但这与采用低刚度悬置以隔离发动机中高速运转时的振动、噪声的要求相矛盾。为克服这一矛盾，应在悬置系统中采取相应措施。
本文研究的某款前置前驱轿车，发动机前端右悬置处靠近发动机侧的支架连接点与曲轴中心线位置偏离较大，形成较大的弯矩（见图１），与国际上相类似机型存在很大的不同。（见图２）
图３显示了驾驶舱内部噪音瀑布图，从图上可以看出，当发动机的２阶激励突然增加时，驾驶舱内嗡鸣声增加特别明显。嗡鸣声通常
图３驾驶舱内部噪音瀑布图
３．悬置支架的模态分析
为了满足计算精度要求，在有限元建模过程中对前悬置支架采用二维
４
节点壳单元
，其它三个悬置支架采用三维１０节点实体单元，网格在ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ中生成。然后用ＭＳＣ．ＮＡＳＴＲＡＮ软件计算各支架前八阶固有频率。表１为各支架有限元模型的单元节点组成。
表１有限元模型的单元数和节点数
悬置支架
前后左右
单元数
节点数
４８２７４３６９８２７４７５２７３８０６
８４３４５６４８３０１３０６９５１２８１２５
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表２
支架状态
前悬支架自由
约束
各支架固有（共振）频率
后悬支架自由
约束
左悬支架自由
约束
右悬支架自由
约束
试验时对声级计测量的噪声信号与压电加速度传感器测量的振动信号进行多路同时采集，其试验系统组成框图如图６所示。
表３优化前后右悬置支架固有频率对比
阶次
优化前约束模态
优化后约束模态
增加的幅度
１阶２阶３阶４阶５阶６阶７阶８阶
１１１０．３５３８１０８９．６５５８．７１９０８．８９７８．９２４６３９２８．７
１８７３２５．９５５６７４１９５２．４
１２３４．６８１５．８５１７４７．１１１５９．１２０８４．４１７８４．７２０７７．５１１１３．１２６２９．６１５２８．５２３６８．１１３２３．９
３２４４
２９４１
１２３４
１８７３２５．９５５６７４１
４９５．３１１２６．３２２１７．３２４５０．５
２６５％３４６％３９９％３３１％
２４２４．５１０４５．２
１８２４．７３５１１．８２７５７．７１３６５．６
３１３７．９１６３７．７４６２８．８２３２２．９３５９６．９２８９３．９１８０９．９
３８１２．９２２６７．１５０１２．１３３８２．６４２３３．４３６７７．９２１５７．９１７１６．８４９１５．７２５３３．６６１４２．８４４８９．２５１７０．２３９１８．８２３６４．６１８３９．７５３８１．３３４７８．４６８１０．２５１０５．３５８６６．７４１７３．３２４４７．８２３５８．９
从表２可以看出，前悬支架、左悬支架和后悬支架的固有频率都很高，自由状态下，一阶共振频率分别达到１１１０．３Ｈｚ、１９０８．８Ｈｚ、１０８９．６Ｈｚ；约束状态下分别达到５３８Ｈｚ、９７８．９２Ｈｚ和５５８．７Ｈｚ。因此，这三个支架的刚度较大，已满足减振要求。自由状态下，右悬支架的前三阶共振频率分别为４６３Ｈｚ９２８．７Ｈｚ１０４５．２Ｈｚ；约束状态下，前三阶共振频率分别为１８７Ｈｚ、３２５．９Ｈｚ和５５６Ｈｚ，可见右悬置支架的约束模态在发动机工作范围内。因此，右悬置非常薄弱，需要改进，提高右悬置支架的刚度值。
图４是ＣＡＥ分析模型，从图中也可以看出：发动机前端（整车右側）悬置系统金属结构件的刚度可能对整车ＮＶＨ的贡献比较大，较为敏感。
图６实验系统组成框图
通过调整油门来改变和控制发动机转速，由压电式
加速度传感器拾取各测试点振动信号，然后输出到数据采集与频谱分析系统进行处理。
后在发动机前端（整４．３试验结果与分析图７和图８是优化前、
车右侧）悬置系统金属结构件处测试到的频谱对比分析图，优化前在１８７赫兹处出现明显的结构共振，与模态分析的结果相符，优化后在２００赫兹以内结构共振消失。
４．２试验原理
图７
图４
组合支架模态分析
优化前频谱分析图图８优化后频谱分析图
下面是从众多的技术方案中，筛选出的优化方案。发动机前端（整车右側）悬置系统金属结构件的前四阶的固有频率和固有振型如下：
用优化前、后的技术方案进行比较，证明嗡鸣声在所有转速范围内没有明显劣化，通过对悬置系统进行设计优化，不仅能够改善某个特定转速下的ＮＶＨ特性，而且对整个转速范围的ＮＶＨ品质和噪音水平都明显改善。完全达到预期的目标。
５．结论
５．１悬置系统的设计对整车的ＮＶＨ特性有着重要的影响；通过改
善和增加悬置系统金属结构件的刚度
，
提高子系统的固有频率，进行优化设计；能明显改善和提升整车的ＮＶＨ性能。
５．２通过ＣＡＥ分析预测，并与试验结果进行对比分析，找出某种相关性；能够快速界定问题的范围，大大缩短开发周期，减少试验次数和费用。
５．３发动机前端的悬置系统金属结构件的优化结果已经用于批量生产，这些零件已经被安装在自顶向下的正向建模的未来的轿车生产中。科
参考文献】【
［１］李叶．轻型客车车内噪声声源的实验研究．公路与汽运，２００３．２．
［２］刘广璞．黄晋英等．某军用柴油机噪声测试与分析．华北工学院测试技术学报，
图５右悬置支架四阶约束模态振型
通过优化前后的数据对比可以看出：优化后系统连接件的固有频率较优化前增加两倍以上，大大超过发动机的激励频率。连接件的刚度和系统的稳定性明显提高。
２０００．３．
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作者简介：吴红，女，１９６７年１１月出生，安徽芜湖人，合肥工业大学２００３级工程硕士。
４．试验验证
为了更进一步地说明问题，我们通过试验来进行验证。
４．１测试系统组成试验中采用声级计测量噪声，压电加速度传感器测量振动，利用数据采集与分析系统进行数据采集与频谱分析，
［责任编辑：翟成梁］
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