客车发动机悬置系统隔振性能研究

张传谦，孙海强，刘鑫明

客车发动机悬置系统隔振性能研究

张传谦，孙海强，刘鑫明

（中通客车控股股份有限公司，山东聊城252000）

针对中通某前置客车所装配的发动机悬置系统的隔振性能进行研究，建立发动机悬置系统的振动模型，于设计初期对悬置系统进行分析，经解耦计算，得到悬置系统Roll主频率为11 Hz；并对样车悬置系统进行全转速扫描和隔振性能测试，悬置系统Roll主频率为10 Hz，隔振性能良好。

客车发动机；悬置系统；解耦计算；隔振性能

现代汽车动力总成（包括发动机、离合器和变速器）与车架之间不是刚性连接，而是通过悬置系统连接在一起的。客车动力总成的悬置结构常分为三点支撑、四点支撑和五点支撑，其中四点支撑应用较为广泛[1]。悬置都装在发动机上的称为A+B悬置；前悬置装在发动机上，而后悬置装在变速器上的称为A+C悬置。

为了避免发动机产生的振动直接传递给车体，在动力总成和车架间常采用橡胶块作为悬置构件[2]。悬置系统的设计目标是通过改善悬置的结构参数，最大限度地降低发动机传递到车体的振动。这是一个系统工程，不仅和发动机、悬置系统有关，也与整车固有模态有关[3]。本文针对中通某客车（以下简称LCK67XX）前置发动机悬置系统的隔振性能进行研究。

1 LCK67XX悬置系统仿真分析

1.1 悬置结构设计

LCK67XX选用的发动机为福田康明斯ISF3.8，变速器为ZF6S500BO，动力总成悬置系统采用四点支撑、A+C布置方式，发动机悬置系统示意图如图1所示。

如图2所示，前悬置采用对置式设计，安装角度为45°，既可以保证横向稳定性，又有足够的横摇柔度，以获得较低的横摇固有频率，减少侧倾力矩引起的横摇振动。如图3所示，后悬置采用平置式，结构简单、装配方便、尺寸精度要求低。如图4所示，前悬置胶块为方块形，动静刚度比1.4，阻尼0.1，形成上下“绝缘式”支撑，可承担压缩和剪切两个方向的变形；后悬置胶块为蘑菇形，动静刚度比1.4，阻尼0.1，中心镶有套管，有较好的定位和隔离冲击振动的功能。

1.2 设计参数

发动机悬置系统的设计需综合考虑动力总成的参数，动力总成在空间的运动具有六个自由度。如图5所示，这六个自由度为三个沿相互垂直的通过质心的轴线的往复运动和绕此三根轴线的回转运动[4]。

将飞轮端定义为发动机后端，机体前端定义为发动机前端。以发动机机体前端面与曲轴中心线的交点为坐标原点建立坐标系，向前为X+，向左（从飞轮端看，下同）为Y+，向上为Z+[5]。LCK67XX发动机和变速器的质量分别为352 kg和96 kg。动力总成其余主要参数如表1所示。

好的悬置系统设计，其最基本的原则是使悬置尽量靠近动力总成的主惯性轴，动力总成的主惯性轴基本对应于发动机和变速器质心的连线，动力总成便是绕此轴进行侧倾振动的[6]。此外，在保证可靠性的前提下，前悬置设计时还应在横向上具有低刚度，以提供良好的侧倾隔振；后悬置设计时，除在位置上尽量靠近主惯性轴外，还应尽可能在垂直方向上具有低刚度。胶块橡胶越软、刚度越低，隔振性能越好，但是对发动机的限位功能就越弱。因此，在保证可靠性的前提下，尽量降低胶块刚度。

LCK67XX悬置系统主要设计参数如表2所示。这些参数的确定，是需要悬置方案确定后才能得到。此表在悬置方案确定之前，做了大量工作，提出过其他方案（包括悬置系统的布置方式和胶块的参数）。经过解耦计算，其他方案的解耦率不高，并且Roll主频率也不是特别合理。经过变更悬置胶块的位置、结构、刚度值等，得出了表2中的较优方案。

1.3 动力总成静态受力分析

为满足动力总成的可靠性，还应对动力总成进行静态受力分析，以保证动力总成所受弯矩满足要求[7]。动力总成静态受力分析如图6所示，其中RFOB代表发动机缸体后端面。

通过计算可知，发动机缸体后端面承受的弯矩为669 N·m，满足发动机对缸体后端面所受弯矩应小于1 350 N·m的要求。同时，再根据前后悬置胶块的刚度，可以计算出静止状态下，前悬置胶块压缩变形量为3 mm，后悬置胶块压缩变形量为2.4 mm，满足一般变形量不超过5 mm的要求；并且两悬置的压缩量均位于其刚度曲线线性段以内，能够保证悬置胶块压缩后其刚度不变的特性。在设计悬置的上下支架时，要将胶块的压缩量考虑进去，避免因没有考虑其压缩量而造成动力总成倾角发生变化。

1.4 悬置系统的振动解耦

如图5所示，如果一个作用力或力矩沿一个自由度方向施加到动力总成上的振动输入，导致另一个自由度方向的振动模态响应，则称这两个自由度方向的振动模态是耦合的。如果使这种耦合分离，即称“解耦”[8]。

振动耦合不利于隔振，因为两个耦合振动的模态可能产生互相激励，导致振动放大，并使这些自由度上的自振频率的频带变宽，因而使隔振性能下降[9]。因此，在悬置协调设计中，“解耦”是一个重要课题。

福田康明斯有一套完善的基于Matlab平台的发动机悬置解耦专用仿真计算软件，因此联合福田康明斯，对动力总成悬置进行解耦计算，计算结果如表3所示。

悬置系统的主频率，主要考虑其Roll（Ixx）主频率。根据表3中的解耦计算结果，得知悬置系统Roll（Ixx）主频率为11 Hz，解耦率为93.16%，满足康明斯要求。

2 悬置系统隔振性能测试

在整车总装完成后，为了验证仿真效果，特邀请康明斯NVH设计人员对LCK67XX悬置系统隔振性能进行测试。测试分为原地全转速扫描和怠速隔振性能测试两部分。

2.1 全转速扫描

如图7所示，通过原地全转速扫描，动力总成系统的Roll主频率为10 Hz。

根据文献[10]，当频率比为1时，发生共振，传递率无穷大；当频率比为时，传递率为1，隔振无效；当频率比为2.5左右时，传递率为0.2，隔振效果较好。

此处激振频率即为发动机的点火频率f=ni（/60t）式中：t为冲程系数（4冲程t=2，2冲程t=1）；i为发动机缸数；n为发动机转速，r/min。

发动机最低怠速转速为700 r/min，带入公式计算得到发动机正常工作的最小激振频率为23.3 Hz[11]。则频率比为2.33，在合理范围内，基本满足要求。

2.2 原地怠速状态隔振测试

悬置胶块的隔振率在理论分析中基本是不能计算的，通过解耦计算，前期保证前后悬置的解耦率，估测该悬置系统的好坏，具体隔振率还是需要通过实验检测。悬置系统原地隔振测试评价指标为振动加速度或振动速度，此处选择振动加速度作为隔振测试的评价指标。隔振测试主要目的是测试悬置软垫的隔振效果，一般用隔振率来评价。表4给出了车辆怠速状态下测试计算得到的各悬置处振动的总加权加速度均方根值及隔振率。

根据隔振率，此悬置系统的隔振率效果良好。但是，悬置系统对整车的影响最终还是要落实到人的主观感觉，因此，邀请数十名相关人员进行不记名投票，结果95%以上认为没有不舒服的感觉。

3 结束语

本文给出了一种客车动力总成悬置系统的设计及评价方法，首先是进行静力学分析并且进行仿真解耦计算；待整车完成后，再进行现场测试，最后针对测试结果，主观评价悬置系统设计的合理性。

[1]汤望.大客车发动机悬置设计有关问题的探讨[J].客车技术与研究，2001，23（4）：13-15.

[2]张昆，马天飞.汽车动力总成悬置对整车振动的影响[J].云南工业大学学报，1996（3）：78-83.

[3]史文库，林逸，吕振华，等.动力总成悬置原件特性对整车振动的影响[J].汽车工程，1997（2）：103-107.

[4]樊兴华，陈金玉，黄席樾.发动机悬置系统多目标优化设计[J].重庆大学学报：自然科学版，2001，24（2）：41-44.

[5]林波.内燃机构造[M].北京：北京大学出版社，2008.

[6]严济宽.机械振动隔离技术[M].上海：上海科学技术文献出版社，1986.

[7]王黎钦，陈铁鸣.机械设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

[8]师汉民，黄其柏.机械振动系统[M].3版.武汉：华中科技大学出版社，2013.

[9]庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[10]喻惠然.发动机隔振的研究[J].汽车技术，1992（9）：23-27.

[11]余志生.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社，2012.

修改稿日期：2017-01-10

Research on Vibration Isolation Performance of Coach Engine Mounting System

ZhangChuanqian,Sun Haiqiang,Liu Xinming
（ZhongtongBus HoldingCo.,Ltd,Liaocheng252000,China）

This presentation researches the vibration isolation performance of the mounting system on a zhongtong front engine coach.The authors set up the vibration model of the engine mounting system and analyze this system at the beginning of design.Through the decoupling calculation,they know the Roll basic frequency of the mounting systemis 11 Hz.Meanwhile theyperformthe full speed scan and the vibration isolation performance test tothe sample vehicle.The test result of Roll basic frequencyis 10 Hz,this shows good vibration isolation performance.

coach engine;mountingsystem;decouplingcalculation;vibration isolation performance

U464；O328

A

1006-3331（2017）02-0004-03

张传谦（1989-），男，主要从事客车动力系统设计工作。