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悬置系统专家介绍

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悬置系统权威上官教授的讲课文件

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汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 报告题目: 汽车动力总成悬置与悬置系统设计 (部分) 上官文斌 博士, 教授/博导 2010年05月26日 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 汽车动力总成悬置系统功能 技术能力 (1) 动力总成固有频率安排和解耦率的分布; (要求较小的刚度-静态/动态刚度)静态解耦/动态解耦 (2) 在汽车的一切行驶工况下,控制发动机位移; (要求较大的刚度-静态刚度,Motion control) (3) 衰减由于路面的激励或输出扭矩波动而导致发 动机的振动;(要求较大的刚度和阻尼-动态刚度,Vibration control) (4) 隔离发动机振动向车身或副车架的传递; (要求较小的刚度和阻尼-动态刚度) Vibration Isolation (5) 满足一切疲劳特性的要求(悬置和支架)。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 1. 悬置的发展、结构特点与性能 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 3. 发动机悬置的设计与计算分析 4. 悬置支架的设计 5. 发动机悬置的性能实验 6. 发动机对整车振动与性能影响的测试 7. 与主机厂进行同步开发的案例 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 • 1.1 悬置的性能评价指标 • (1) 静刚度 (力~位移特性) • (2) 动刚度,滞后角(阻尼系数) (动静比) 低频、大振幅激励和高频、小振幅激励 • (3) 高频动态硬化的最低频率 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 刚度 技术能力 弹性物体抵御外力的能力 刚度越大,同样的外力作用下,物体的变形 越小。当刚度无穷大时,物体是理想状态的刚 体。 定义:使物体上某位置,特定方向上产生单 位位移所需要的外力称为刚度 k= F x 工程常用单位:N/mm 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 汽车上常见的刚度技术能力 线性静态N/mm 悬架螺旋弹簧 20~40 排气管吊耳 10~25 下控制臂衬套 ~1000 发动机悬置 100~300 白车身弯曲刚度~20,000 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度 技术能力 • 物体抵御动态外力的能力 • 最简单的动态外力 F = F0e jωt 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 单自由度系统的动刚度 技术能力 该系统的静刚度是k 系统时域动力学方程是: m&x&+ cx& + kx = F 假设方程的解是简谐运动: x = x0e jωt x0为复常数 得到系统频域方程: (−ω 2m + jωc + k)x0 = F0 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 复刚度 技术能力 Kd = F / x = F0 / x0 = −k + ω 2m + jωc ¾复刚度是一个与频率有关的复数 ¾动刚度、滞后角 Kd = (k − ω 2m)2 + (ωc)2 θ = tan −1(ωc /(k − ω 2m)) ¾动刚度与系统的质量,静刚度,阻尼有关 ¾当频率等于0时,动刚度等于静刚度 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 1.2 橡胶悬置 技术能力 标准的橡胶隔振元件 楔形的悬置元件 (1) 橡胶同时承受压缩方向 的载荷和剪切方向的载荷 (2) 可以通过调整橡胶的尺 寸和角度而使的悬置在三个垂直 的方向具有不同的刚度 (3) 中间的铁件起改变刚度 的作用 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 衬套类型的 发动机支承 Body & Cradle Mounts 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 380 370 360 350 340 330 320 0 预 载=1600N 预 载=2000N 预 载=2400N 10 20 30 40 50 频率(Hz) 370 360 350 340 330 320 0 A=1.0 mm A=2.0 mm 10 20 30 40 50 频率(Hz) 滞后角(Deg) 滞后角(Deg) 技术能力 4.0 3.5 预 载=1600N 预 载=2000N 预 载=2400N 3.0 预载 2.5 (A=1mm) 2.0 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) 3.6 3.4 A=1.0 mm 3.2 A=2.0 mm 3.0 振幅 2.8 2.6 (P=2000N) 2.4 2.2 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) 动刚度(N/mm) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 滞后角 (Deg) 500 450 400 350 300 0 预 载 1600N 预 载 2000N 预 载 2400N 50 100 150 200 频率(Hz) 技术能力 7 6 5 4 3 2 0 预载 (A=0.2mm) 预 载 1600N 预 载 2000N 预 载 2400N 50 100 150 200 频率 (Hz) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 1.3 液阻悬置的结构型式 a. 粘弹阻尼悬置 特点: 在很宽的频率范围内都具有 较大的阻尼,可以减少来自 路面的冲击激励 由于其大阻尼,无法隔离小振幅的激励 Air Silicone 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 液阻悬置的技术能力 结构型式 b. 惯性通道型-液阻悬置 第一代 动刚度(N/mm) 滞后角(度) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 35 30 技术能力 25 动刚度 20 滞后角 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 频率(Hz) Damping 动刚度(N/mm) 滞后角(度) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 动刚度(N/mm) 滞后角(度) 技术能力 10 20 30 40 频率(Hz) Isolation 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 技术能力 Isolation!! 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 液阻悬置的结构型式 技术能力 c.惯性通道-解耦盘(膜型)液阻悬置 第二代 惯性通道-解耦盘型 惯性通道-解耦膜型 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 700 600 500 预 载=1600N 预 载=20000 预 载=2400N 400 300 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) 700 600 500 A=1.0 mm A=2.0 mm 400 300 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) 滞后角(Deg) 滞后角(Deg) 35 技术能力 30 25 20 预 载=1600N 预 载=2000N 预 载=2400N 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) A=1mm 35 30 25 A=1.0 mm 20 A=2.0 mm P=2000N 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) 动刚度(N/mm) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 滞后角(Deg) 1200 1100 1000 900 800 700 600 0 预 载=1600N 预 载=2000N 预 载=2400N 50 100 150 频率(Hz) 技术能力 25 20 15 10 5 200 0 0 预 载=1600N 预 载=2000N 预 载=2400N 50 100 150 200 频率(Hz) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 滞后角(Deg) 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 0 1.0 mm 0.2 mm 50 100 150 频率(Hz) 技术能力 200 35 30 25 20 15 10 5 0 0 P=2000N 1.0 mm 0.2 mm 50 100 150 200 频率(Hz) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) (c:液阻悬置与橡胶主簧特性的比较) 700 650 600 550 500 450 400 350 300 0 液 阻悬 置 橡胶主簧 10 20 30 40 50 频率(Hz) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 液 阻悬 置 橡胶主簧 50 100 150 200 250 频率(Hz) 滞后角(Deg) 滞后角(Deg) 技术能力 30 25 液阻悬置 橡胶主簧 20 15 2000N 10 5 1mm 0 0 10 20 30 40 50 频率(Hz) 50 液阻悬置 40 橡胶主簧 30 2000N 20 0.2mm 10 0 0 50 100 150 200 频率(Hz) 动刚度(N/mm) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 700 600 500 液阻悬置1 液阻悬置2 400 300 0 10 20 30 40 频率(Hz) 1500 1250 1000 液阻悬置1 液阻悬置2 750 500 250 0 0 50 100 150 频率(Hz) 50 200 滞后角(O) 滞后角(O) 35 技术能力 30 25 液阻悬置1 20 液阻悬置2 15 10 5 0 0 10 20 30 40 频率(Hz) 35 30 25 20 液阻悬置1 15 液阻悬置2 10 5 0 0 50 100 150 频率(Hz) 50 200 2000N 1mm 2000N 0.2mm 动刚度(N/mm) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 液阻悬置的结构型式 技术能力 d 惯性通道-解耦盘-节流盘式液阻悬置 第三代液阻悬置 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 惯性通道-解耦盘-技术能力 节流盘式液阻悬置 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 液阻悬置的技术能力 结构型式 液压衬套 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 液阻悬置的技术能力 结构型式 液压衬套 用于动力总成扭转振动控制 的液压衬套 结构特点:类似于惯性通道 型的液阻悬置,上液室为工作 室,下液室为液体的密封室。 由于体积较小,在其中加入解 耦膜/板结构比较困难。可能的 加入解耦膜结构的方案 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 用于悬架控制臂的液压衬套 结构特点: 在轴向方向提供大阻尼而在径向方向承受静态载 荷;两个液室均提供刚度;滞后角出现峰值的频率与激 振振幅相关。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度/(N.mm-1) 滞后角/O 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 0.1 mm 技术能力 0.4 mm 0.7 mm 1.0 mm 20 40 60 80 100 频率/Hz 100 80 60 40 20 0 0 0.1 mm 0.4 mm 0.7 mm 1.0 mm 20 40 60 频率/Hz 80 100 技术能力 Isolation!! 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 半主动悬置:型式1 仅仅是降低0~120Hz内 的动刚度,其滞后角出 现峰值的频率并不改变 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 多惯性通道型半主动悬置 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 半主动悬置:型式3 磁流变 特点:对被动式液阻悬置的惯性通道进行改进设计,加 电极,在高压的作用下,惯性通道中液体的粘度可以在瞬间 发生变化。 特性的变化:从无阻尼到有阻尼可以在1ms内完成。 缺点:性能不是很稳定,长时间使用以后,油液沉淀。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 1. 悬置的结构特点、性能与发展 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 3. 发动机悬置的设计与计算分析 4. 悬置支架设计 5. 发动机悬置的性能实验 6. 发动机对整车振动与性能影响的测试 7. 与主机厂进行同步开发的案例 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 2.1 悬置系统布置的若干型式 2.2 建模 2.3 固有频率和解耦率的设定 2.4 动力总成的位移控制 2.5 动力总成的振动控制 2.6 动力总成的隔振设计 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1 悬置系统布技术能力 置的若干型式 2.1.1 F-R式汽车动力总成悬置系统的布置 2.1.2 F-F式汽车动力总成悬置系统的布置 (1) 扭矩轴三点悬置系统 (2) 扭矩轴四点悬置系统 (3) 中心悬置系统 (4) 发动机纵置-前轮驱动型式动力总成悬置系统的 布置 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1.1 F-R式汽车动力总成悬置系统的布置(1/4) 技术能力 4点悬置系统:前后悬置一般采用V型布置,且将前、后悬 置的弹性中心布置在扭矩轴上。这样可以使动力总成在横向方 向、垂直方向的振动和绕曲轴方向的扭转振动完全解耦。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1.1 F-R式汽车动力总成悬置系统的布置(2/4) 技术能力 三点悬置系统:两个前悬置主要承受动力总成的重量,布 置在动力总成质心的纵向位置附近。前悬置的弹性中心布置在扭 矩轴上。后悬置一般为楔型的,并尽可能将后悬置布置在扭矩轴 附近。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1.1 F-R式汽车动力总成悬置系统的布置(3/4) 技术能力 乘用车动力总成的悬置系统,由于发动机仓的空间有 限,一般采用3点悬置。并采用1~2个液阻悬置,而后悬置通 常用楔型结构。例如,在 Mercedes C Class 乘用车采用3点 悬置。 当两个前悬置为液 阻悬置时,悬置系统在 纵向方向的刚度主要由 后悬置提供,因此后悬 置在纵向方向的刚度一 般设计的较大。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1.1 F-R式汽车动力技术能力 总成悬置系统的布置(4/4) 如果两个前悬置为橡胶悬置,应将这两个悬置布置成V 型,后悬置则用楔型的,此时后悬置在纵向方向的刚度不要设计 的太大,因为两个前悬置可在纵向方向提供较大的刚度。Ford Transit的一款车型上就采用了这种布置型式。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1 悬置系统布技术能力 置的若干型式 2.1.1 F-R式汽车动力总成悬置系统的布置 2.1.2 F-F式汽车动力总成悬置系统的布置 (1) 扭矩轴三点悬置系统 (2) 扭矩轴四点悬置系统 (3) 中心悬置系统 (4) 发动机纵置-前轮驱动型式动力总成悬置系统的 布置 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 2.1.2 F-F式汽车动力总成悬置系统的布置 技术能力 优点:布置紧凑。早期的布置型式:三点橡胶悬置,其中左边 的两个悬置采用V型布置,并且其弹性中心落在扭矩轴上;而右侧 的悬置布置在扭矩轴上。三个悬置均有一定的预载荷,左右两个 悬置同时还承受作用在动力总成上的扭矩。 图示的布置型式在90年 代以前得到了广泛的利用, 当这种布置型式目前应用的 则比较少了。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 液压 衬套 Hydraulic Torque Link 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 扭矩轴三点悬置系统 技术能力 防扭拉杆工作方向主要为纵向方向,在垂 直方向几乎不承受任何力,因而防扭拉杆使动 力总成左右两个悬置在纵向方向产生力。 对于橡胶悬置,纵向力的增加,会使其在 垂直方向的刚度剧增,从而影响悬置系统动态 特性的稳健性。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 扭矩轴三点悬置系统 技术能力 在这种布置型式中,应使动力总成在垂 直方向的振动和绕曲轴方向(俯仰)的振动 解耦。 在不可能达到解耦的情况下,为减小防 扭拉杆对左右两个悬置在垂直方向刚度的影 响,一个解决方案是将一个悬置和防扭拉杆 做成一体, 要求发动机仓有较大安装空间。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 X-Axis [mm] 1000 1100 1200 Vehicle Coordinate System 技术能力 FRONT 1300 1400 1500 RHS 1600 LHS LZ4 X22F AWD 1700 LZ4 X22F AWD 1800 REAR LY7 X22F FWD LY7 X22F FWD 1900 LY7 X22F AWD LY7 X22F AWD 2000 –600 –500 –400 –300 –200 –100 0 100 200 300 400 500 600 700 Y-Axis [mm] 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 Z-Axis [mm] 1000 900 Vehicle Coordinate System 技术能力 800 700 600 LHS RHS 500 400 REAR 300 FRONT 200 100 0 LZ4 X22F AWD LZ4 X22F AWD LY7 X22F FWD LY7 X22F FWD LY7 X22F AWD LY7 X22F AWD –100 –600 –500 –400 –300 –200 –100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Y-Axis [mm] 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 扭矩轴4点悬置系统 技术能力 在扭矩轴三点悬置系统 中,动力总成的扭矩是由一 个防扭拉杆承担的。而在扭 矩轴四点悬置系统中,动力 总成的扭矩时两个悬置系统 承担的。 承受扭矩的前后两个悬置 的高度尽可能与动力总成质 心的高度相同 左右两个悬置应布置在扭矩 轴上,并完全承受动力总成 的重量。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 扭矩轴4点悬置系统 技术能力 优点:悬置系统可以承受很 大的扭矩。 由于动力总成所装附件(如 压缩机、启动机等)的结构可能 不同,因此左右悬置的连线可能 不通过动力总成的质心,而导致 前后悬置有一定的预载,此时会 使发动机怠速工况下悬置系统的 隔振性能变差。 出现这种情况时,要对前后 悬置进行调整。 前后两个悬置也可以防扭拉 杆。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 扭矩轴4点悬置系统 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 中心悬置系统 技术能力 悬置系统中有三个悬 置,其中前后两个悬置布 置在动力总成的质心附 近,动力总成的重量及作 用在动力总成上的动态 力,大部分由这两个悬置 承担。 主要用于三缸发动机。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 发动机纵置-前轮驱动型技式术能力 动力总成悬置系统的布置 当动力总成的输出扭矩变 化时,作用在动力总成上的激 励力使动力总成在俯仰方向上 振动。 在这种型式的悬置系统 中,在发动机上常常有一个辅 助的悬置,以防止在大扭矩作 用下,动力总成在垂直方向上 的位移过大。(缸体横截面的 弯矩) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 2.1 悬置系统布置的若干型式 2.2 建模 2.3 固有频率和解耦率的设定 2.4 动力总成的位移控制 2.5 动力总成的振动控制 2.6 动力总成的隔振设计 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 求解动力总成的固有频率 [K ]− ω 2[M ] = 0 {[K ]− ωi2[M ]}{ϕ}i = 0 不同模型的比较SAE Paper 动力总成以一固有 频率振动时,各个自由 度上的能量分布 ∑[ ] ∑[ ] { } { } { } { } E(k,i) = 1 2 ωi2ϕ ki 6 l =1 mkl ϕ li 6 ϕ ki mklϕli = l =1 1 2 ωi2 ϕ T i M ϕi ϕ T i M ϕi 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 • 动力总成固有频率的合理分布 • 控制发动机位移 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 2.1 悬置系统布置的若干型式 2.2 建模 2.3 固有频率和解耦率的设定 2.4 动力总成的位移控制 2.5 动力总成的振动控制 2.6 动力总成的隔振设计 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 正向隔振:力传递率 隔振后传到地基的力 ηa = 无隔振时传到地基的力 反向隔振:位移传递率 隔振后设备的振幅 ηp = 地基运动的振幅 二者可统一称为振动传递率 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 振动传递率Ta是反映隔振效率 的重要参数。 ‰ 频率比须> 2 ;若小于,是 用于隔离高频声振动;但不 宜过大,一般取2.5~4.5; ‰ 阻尼增加会降低隔振效果, 但仍需设置阻尼,一般阻尼 比取0.05~0.2; ‰ 有阻尼时,共振峰左偏; ‰ 当频率比>>1时,由曲线下 降速率可看出粘性阻尼对隔 离高频振动是不利的。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 加速度的分技术能力 别为m/s^2(a1)与dB(a2) 的换算关系为: a2 = 20 log10 (a1) 测量的加速度为一段时间历程的加速度均方 根值 传递率: Tr = (ap / aa ) *100 隔振率: Iso_ratio=100-Tr 隔振量: Iso_val = 20 log10 (aa / ap ) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 隔振率(%)与隔振量(dB)的关系 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 ? ? ? ( m/s )? dB? ? ? 30 技术能力 20 10 Acc. (dB) 0 -10 -20 -30 -40 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Acc.(m/s2) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 例如:一六缸发动技术能力 机的怠速转速为 600r/min,并取 f fn =2.5,则绕曲轴方 向的固有频率为 fn = (600 60) × 3 2.5 =12Hz。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 频率比一般在2~3之技术能力 间,若再取大一些 的值,则隔振率大,但受到以下制约: (1) 考虑悬架系统偏频和路面的激励,悬 置系统的自振频率不能太低; (2)若要降低悬置系统的固有频率,则必须 采用刚度较低的悬置,这将导致: 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动力总成的相对技术能力 位移过大; 振动时的悬置变形大,在振动中产 生大的阻尼功使橡胶发热,寿命下 降; 橡胶硬度下降的话,其粘结强度将 显著下降,悬置软易撕裂、损坏。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 2.1 悬置系统布置的若干型式 2.2 建模 2.3 固有频率和解耦率的设定 2.4 动力总成的位移控制 2.5 动力总成的振动控制 2.6 动力总成的隔振设计 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 (1) 在各种工况下,将动力总成的位移控制在指 定的范围内。 (2) 在各种工况下,动力总成的姿态是静平衡姿 态的平行移动或者转动(调平)。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 Force (KN) 10.0 7.5 5.0 2.5 技术能力 Static WOT Forward WOT Reverse 5/8 WOT Forward Cold Drive Idle Torque 0.0 -2.5 -5.0 -7.5 -10.0 -10.0 -7.5 -5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 Displacement (mm) Eng悬置在u方向的力~位移特性及其工作点 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 一种载荷工况下 (3.5g Up,技术能力 2g Right) 进行支架疲劳寿命分析和实验的载 荷。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 2.1 悬置系统布置的若干型式 2.2 建模 2.3 固有频率和解耦率的设定 2.4 动力总成的位移控制 2.5 动力总成的振动控制 2.6 动力总成的隔振设计 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 动力总成的动态解耦: 在沿曲轴方向力矩的作用下,动力总成在 除扭矩轴外的其它响应最小化。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 动刚度(N/mm) 600 500 400 300 200 100 0 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 频率(Hz) 10 20 30 40 频率(Hz) 技术能力液阻悬置在动力总成振动控制中的应用 滞后角(O) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 2.1 悬置系统布置的若干型式 2.2 建模 2.3 固有频率和解耦率的设定 2.4 动力总成的位移控制 2.5 动力总成的振动控制 2.6 动力总成的隔振设计 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 发动机的怠速工况为一大振幅(0.5mm左右)、低频 技术能力 (25~30Hz左右)激励,在该工况下,一些车会出现转向 盘抖动严重的现象。 可用液阻悬置的notching特性,使动力总成中的一个液 阻悬置在发动机怠速频率附近的动刚度达到最小值(比其 橡胶主簧的静刚度还要小),从而减少转向盘的振动。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 悬置在高频动刚度设技术能力 计考虑(TPA) 需要的参数:悬置与车身或者副车架的连接点(三个方 向)到指定点的振动(转向盘、座椅滑槽和变速杆等)和车内 噪声(驾驶室右耳)的传递函数。 传递函数的获取方法??(计算?实验??) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 悬置在高频动刚度设计考虑(功率流的方法) 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 悬置在高频动刚度设计考虑(功率流的方法) 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 悬置在高频动刚度设计考虑(功率流的方法) 技术能力 振动时,每个 悬置传递到车架或 者车身的功率。与 连接点的Mobility 和通过悬置传递到 车架或者车身的力 有关。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 悬置在高频动刚度设计考虑(功率流的方法) 技术能力 测试结果分析:通过后悬置输入的能量明显的大, 尤其是在80Hz时,但是后悬置的Mobility在60Hz时大。 原因:与后悬置的连接点相比较,后悬置的刚度 大(悬置与车身连接处结构的刚度小,也就是结构太弱 了)。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 悬置在高频动刚度设计考虑 (功率流的方法) 技术能力 改进措施: (1) 改进后悬置与车身连接处的刚度(增加),这种方法往 往是比较困难的。 (2) 改变后悬置的刚度:由于前后悬置主要是用于防扭,改 变后悬置刚度的同时,前悬置的刚度也要改变。 将后悬置的刚度减少1/3,同时增加前悬置的刚度,使得 动力总成在扭转方向的刚度不变。注意:悬置系统的刚度改变以 后,动力总成的刚体模态和解耦率也发生了变化,此时要注意这 两个参数的改变,对其它参数的影响。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 动力总成悬置系统的稳健性设计 悬置元件的刚度变化,在不同的组合情况 下,悬置系统振动控制和隔振性能如何?? 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 1. 悬置的结构特点、性能与发展 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 3. 发动机悬置的设计与计算分析 4. 悬置支架设计 5. 发动机悬置的性能实验 6. 发动机对整车振动与性能影响的测试 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 3. 发动机悬置的设计与计算分析 3.1 三向刚度的计算分析 3.2 支架的强度、疲劳和动特性分析与优化 3.3 液阻悬置动特性的分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 实验数据的拟合 3 Nj ∑ ∑ S = ( (σ j i − σˆ j i (λkj ))2 ) j=1 k =1 ∂S = 0 ∂Ci ∑ ∑ 3 j =1 Nj (σ j k k =1 − σˆ j k (λkj ))( ∂σˆ j k ∂Ci (λkj )) = 0 j为实验的类型:单轴 向拉伸,j=1;平面 剪切,j=2;等双轴 向拉伸,j=3。Nj为实 验点的个数 Gauss, SVD 求解 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 橡胶悬置力~位移分析 • 悬置零件静态刚度分析 • 衬套类悬置静刚度分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 橡胶悬置力~位移分析 • 悬置零件静态刚度分析 • 衬套类悬置静刚度分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 金属材料本构 • 金属材料单轴拉伸试验 • MPDB材料库 • Matweb及相关标准数据库 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 悬置支架的应力分析 • 锻铸类零件分析 • 钣金类零件分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 悬置支架的应力分析 • 锻铸类零件分析 • 钣金类零件分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 金属零件疲劳分析 • 锻铸件零件多轴多工况疲劳分析 • 焊接多轴多工况疲劳分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 金属零件疲劳分析 • 锻铸件零件多轴多工况疲劳分析 • 焊接多轴多工况疲劳分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 悬置支架的模态分析 Mode 1 2 3 4 5 Frequency 706.7 Hz≥ 指定 值 1,167.1 Hz 1,586.6 Hz 2,048.6 Hz 2,424.7 Hz 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 假定车身是一个刚体技术能力 ,当车辆在水平面做 匀速直线运动时。 (1) 车身具有上下跳动、俯仰、侧倾三个自 由度; (2) 两个前轮分别具有垂向运动的自由度; (3) 剩下的两个自由度是表示独立悬架的两 个后轮垂向运动(或非独立悬架中后轴的垂向 跳动和侧倾转动)。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 1) 在低频路面激励下,车辆的左右两个车 技术能力 轮轨迹输入具有较高的相关性,即认为左右轮 输入基本一致。 2) 在高频路面激励下,车辆所受的激励实 际上大多只涉及到车轮跳动,对车身运动影响 甚微,这样车身左右两边的相对运动就可忽 略。 这样,就将七自由度模型简化成一个线性的 四自由度半车模型。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 再用一个动力学等效系统技术能力 来代替上面的半车模型, 在动力学等效处理中,车辆系统的三个等效质量必 须满足以下三个力学条件,即: 1)总质量不变 2)质心位置不变 3)转动惯量不变 如果 则 为零。四自由度半车模型问题可 进一步简化成两个子问题,每个子问题只需通过一 个简单的单轮车辆模型来研究。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 3. 发动机悬置的设计与计算分析 3.1 三向刚度的计算分析 3.2 支架的强度、疲劳和动特性分析 3.3 液阻悬置动特性的分析 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 k = E( xd )r Δ 固体模型 液体模型 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 1. 悬置的结构特点、性能与发展 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 3. 发动机悬置的设计与计算分析 4. 发动机悬置的性能实验 5. 发动机对整车振动与性能影响的测试 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 4. 发动机悬置的性能实验 4.1 静、动态特性的实验 4.2 疲劳(高低温)实验 4.3 耐腐蚀、臭氧实验 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 4. 发动机悬置的性能实验 4.1 静、动态特性的实验 4.2 疲劳(高低温)实验 4.3 耐腐蚀、臭氧实验 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 悬置路谱数据编辑 • 疲劳总损伤值基本一致 • 损伤分布基本一致 • 时间关联编辑技术 • 频率关联编辑技术 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 实验室路谱迭代模拟 • 多轴迭代 • 非方矩阵 • 频域、时域及统计误差控制 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 多轴路谱模拟试验 • 路谱等效 • 高温模拟 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 4. 发动机悬置的性能实验 4.1 静、动态特性的实验 4.2 疲劳(高低温)实验 4.3 耐腐蚀、臭氧实验 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 4.3 耐腐蚀、臭氧实验 • 耐盐雾测试 • 耐高温蠕变测试 • 耐极限低温测试 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 1. 悬置的结构特点、性能与发展 2. 发动机悬置系统振动控制与隔振设计 3. 发动机悬置的设计与计算分析 4. 发动机悬置的性能实验 5. 发动机对整车振动与性能影响的测试 6. 与主机厂进行同步开发的案例 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 5. 发动机对整车振动与性能技术能力 影响的测试 NVH测试工况 • 怠速振动(Idle Vibration ) • 点火开/关(Key On/ Key Off) • 空挡升速(Static Run Up) • 大扭矩变化(Tip In/ Back Out) • 换档工况(GEAR SHAKE) •。。。。。。。 NVH测试内容 • 发动机悬置振动(engine and body side) • 驾驶室座椅滑槽振动 • 方向盘振动 • 车内噪声 •。。。。。。。 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 (1) 在国际刊物上发表的论文 (均被 技术能力 SCI收录) [1] Wen-Bin Shangguan, Zhen-Hua Lu. Modeling of a Hydraulic Engine Mount with Fluid Structure Interaction Finite Element Analysis. Journal of Sound and Vibration 2004, 275(1/2) 193-221 [2] Wen-Bin Shangguan and Zhen-Hua Lu. Experimental study and simulation of a hydraulic engine mount with fully coupled fluid structure interaction finite element analysis model, Computers & Structures 2004, 82 (22) 1751-1771 [3] Wen-Bin Shangguan, Zhichao Hou. Strategies and calculation methods for automotive powertrain motion control under quasi-static loads. Proc. I Mech E, Part D: Journal of Automobile Engineering 2006, 220 (8): 1131-1138 [4] Wen-Bin Shangguan, Y. Zhao. DYNAMIC ANALYSIS AND DESIGN CALCULATION METHODS FOR POWERTRAIN MOUNTING SYSTEMS. International Journal of Automotive Technology. 2007, 8(6):731-744. 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 [5] Yun-Qin Zhang, Wen-Bin Shangguan. A novel approach for lower frequency performance design of hydraulic engine mounts. Computers & Structures 2006, 84(7/8): 572-584 (SCI光盘、EI光盘收录) [6] Y. X. Zhang, J. W. Zhang, W.-B. Shangguan, Q. S. Feng. Modeling and parameter identification for a passive hydraulic mount. International Journal of Automotive Technology, 2007, 8(2):233-241 (SCI光盘、EI光盘收录) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 (2) 在国内期刊上发表、被技术能力 EI光盘收录的论文 [7]上官文斌,吕振华. 汽车动力总成液阻悬置液-固耦合非线 性动力学仿真. 机械工程学报2004,40 (8):80-86 (EI光盘收 录) [8]上官文斌,宋志顺,张云清,蒋开洪,徐驰. 多惯性通道型液阻 悬置动态特性的实测与计算分析. 振动工程学报 2005,18 (3):318-323 (EI光盘收录) [9]上官文斌. 液阻型橡胶隔振器惯性通道阻尼特性的实验与计 算分析. 振动工程学报 2006, 19 (3): 376-381. (EI光盘收录) [10]上官文斌,吕振华. 液阻型橡胶隔振器非线性特性的仿真分 析.振动工程学报 2003, 16 (4): 393-398 (EI收录) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 [11]上官文斌, 徐驰,顾彦. 汽车动力总成悬置系统振动控制 设计计算方法.振动工程学报技术能力 .2007年第6期. [12]上官文斌,徐驰. 汽车悬架控制臂液压衬套动态特性实测 与计算分析. 振动与冲击,2007年第9期. [13]潘孝勇,上官文斌,柴国钟, 徐驰. 基于超弹性、分数导数 和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模.振动与冲击, 2007年第10期 [14] 张云侠,张建武,上官文斌,高勇军.新型发动机被动液阻 悬置动态特性分析,上海交通大学学报,2006,40(6):942946 [15] 张云侠, 张建武, 上官文斌, 李光布, 冯启山. 直接解 耦盘式液阻悬置的动力学研究,上海交通大学学报,2007, 第9期. 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 (3) 在国内核心期刊上发表 技术能力 [16]上官文斌,徐弛,黄振磊,李歧,李涛. 汽车动力总成悬置系 统位移控制设计计算方法. 汽车工程 2006, 28(8): 738-742. [17]上官文斌,吕振华. 汽车动力总成橡胶隔振器弹性特性的有限 元分析. 内燃机工程2003,24(6):50-55 (EI网络收录) [18] 吕振华,上官文斌. 基于液—固耦合有限元仿真的液阻悬置集 总参数模型动特性分析. 机械强度 2004,26(1):29-37 (EI网络 收录) [19] 吕振华,上官文斌,梁伟,罗捷. 液阻型橡胶隔振器动态特性实 验方法及实测分析. 中国机械工程2003,15(2):182-186 (EI网络 收录) [20] 吕振华,梁伟,上官文斌. 汽车发动机液阻悬置动特性仿真与 试验分析. 汽车工程 2002, 24(2):105-111 (EI网络收录) 汽车动力总成悬置系统与主机厂同步开发 技术能力 谢谢关注!

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