发动机悬置系统开发中软垫双主簧结构的应用

蔡 月

（东风柳州汽车有限公司，广西 柳州545000）

0 引言

随着汽车市场日益成熟，消费者对整车NVH性能要求也越来越高，作为隔绝动力总成振动向悬架、车身、乘员舱传递的关键零部件，整车NVH性能对悬置系统的隔振性能要求也越来越高；同时动力总成不断升级换代，增压、缸内直喷发动机等高扭矩、高功率发动机投入使用，悬置性能也面临新的挑战。汽车市场竞争也日益残酷，各车型都在降低实物成本以及提升通用化率，悬置系统在成本、通用化上的压力也越来越大。

本文是在某个改款车型项目上，要求悬置系统边界一定、成本不提高，且能通用化至该机舱布局的所有车型，仅通过优化主簧结构来满足更高的悬置系统性能。

1 悬置系统优化方案

1.1 优化目的

车型B为在车型A基础上改款项目，内外饰及相关电器重新开发，车身随外造型局部细节优化，机舱、底盘及下车体布置维持不变。因车型A悬置系统性能较差，AC OFF悬置被动侧振动刚好满足小于0.1 m/s2目标要求，如图1所示，车内噪音发动机二阶超出设计目标（AC OFF/ON：30dB/35dB）；在车型B开发时，为保证整车NVH性能达成，需对悬置系统进行优化；同时为保证量产状态悬置性能达成，AC OFF悬置被动侧振动目标要求提升至小于0.08 m/s2。

1.2 优化方向

通常悬置系统性能改善，主要通过悬置系统整体布置、悬置软垫性能两方面进行优化。悬置系统整体布置调整涉及布局更改、弹性中心位置调整，对机舱布置存在影响；悬置软垫性能优化主要通过设计合适刚度比例的悬置主簧结构、动/静刚度值、限位结构来实现。

车型B机舱布置借用车型A，悬置系统的优化不能影响机舱内其它系统，才可以通用化至平台其它车型，同时也不会产生大的成本变动。所以车型B悬置系统优化不能通过布置位置优化，也不能更换悬置软垫结构类型来实现刚度比例调整。现考虑在车型A悬置系统基础上，进一步优化悬置系统结构，来实现更佳的动/静刚度值，以提升悬置系统NVH性能。

1.3 优化方案

1.3.1 车型A悬置问题

车型A悬置系统（包括圆锥形液压右悬置、橡胶左悬置、后悬置为衬套试防扭撑杆）性能调试时，经过多轮调试得出的较好状态，如表1所示，影响悬置系统性能最大问题为左悬置软垫设计刚度比例（设计 0.9∶1.6∶1、实际 1.2∶2.4∶1）无法达成，X 向、Y 向静刚度值都偏大，特别是Y向静刚度值高达308 N/mm，影响隔振性能。

表1 车型A悬置系统静刚度

针对该问题，由于下述限制，为保证项目进度，未能进行进一步改善：

1）由于左悬置结构限制（图2所示），通过改变左悬置橡胶材料硬度、微调主簧结构等手段都不能达成更优的三向刚度比例；

图2 车型A悬置软垫结构

2）同时由于右悬置X/Y向刚度值相同，也不能调整右悬置使悬置系统Y向刚度值整体降低，重新开发液压右悬置周期长、投入高，并涉及车身设变、焊装线调整；

3）平台机舱内动总、空滤、发动机线束、蓄电池、ESP等限制，无空间对左悬置软垫进行大的结构变更。

1.3.2 车型B左悬置软垫双主簧方案

结合车型A开发经验，为改善车型A上悬置系统问题点，在车型B上考虑在车型A左悬置软垫结构（图2）基础上将左悬置软垫主簧结构拆解成上下两部分（图 3）：

图3 车型B悬置软垫双主簧结构

1）上主簧（1）采用类似前置后驱车后悬置的V型悬置主簧[1]，该结构主要承受Z向载荷，X/Y向刚度值较小（受剪切力）；

2）下主簧（2）在原限位结构上增加一字型主簧，该结构主要承受X/Y向载荷，Z向刚度值较小（类似橡胶衬套）。

左悬置软垫双主簧方案存在下述优势，可以实现最优化的三向刚度比：

1）Z向静刚度值调整，只需优化上主簧结构或者橡胶材料，对X/Y向刚度值影响很小；

2）X/Y向静刚度值调整，只需优化下主簧结构或者橡胶材料，对Z向刚度值影响很小；

3）上下主簧可按不同角度组合，以满足搭载不同动总时，对X/Y向刚度值需求不同。

车型B悬置系统静刚度计算值（表2所示）在车型A的基础上增加了Z向静刚度值（右悬置提升15 N/mm、左悬置提升40 N/mm），由于左悬置软垫采用双主簧结构，X、Y向静刚度值可以降低（车型A结构无法实现），有利于得到更优化的计算结果（表四）；从完成调试的悬置静刚度（表三）可以看到，相对设计状态除左悬置软垫Z向静刚度值有较大变化（提升32 N/mm），其它方向都维持在设计值状态（±15%内）。

表2 车型B悬置系统静刚度

2 悬置软垫双主簧结构效果

2.1 解耦计算

从图4计算结果对比可以看出，虽然结算结果都满足要求，但车型B左悬置软垫采用双主簧结构，相对车型A三个方向刚度值之间影响小，三向刚度比调整空间广，整体解耦计算结果更优。

图4 主方向解耦率对比

2.2 整车NVH验证

车型B完成悬置系统调试后，其NVH效果相对车型A有明显提升。

2.2.1 怠速车内噪音

车型B驾驶员右耳开关/开空调总声压级相对车型A降低3 dB/4 dB，关/开空调发动机二阶贡献量降低22 dB/17 dB，降幅明显且达成驾驶员右耳关/开空调小于40 dB/45 dB、关/开空调发动机二阶小于30 dB/35 dB原定目标，如图5所示。

图5 驾驶员右耳怠速开关空调噪声及发动机二阶

2.2.2 怠速悬置被动侧振动

车型A怠速关空调悬置系统被动侧振动仅能满足＜0.1 m/s2要求；车型B怠速关空调悬置系统被动侧振动降低明显，仅为车型A怠速关空调悬置系统被动侧振动的四分之一到二分之一，远低于原制定＜0.08 m/s2要求，如图6所示。

图6 怠速关空调悬置系统被动侧振动

2.2.3 匀速车内噪音

车型B匀速驾驶员右耳噪声相对车型A改善明显，60～120 km/h都降低降低3～4 dB，如图7所示。

图7 匀速驾驶员右耳噪声

3 平台化推广应用

双主簧结构左悬置在车型B上NVH性能达成由明显提高，将双主簧左悬置应用于类似机舱布置（表3所示）上，通过性能调试，采用不同的刚度值组合都能达成近似NVH性能（图8所示）；再通过鲁棒性分析[2]及试验验证，降低零部件种类，最大限度减少零件种类，实现通用化。

车型B 车型C 车型D发动机1+变速器1 发动机1+变速器2 发动机2+变速器2

图8 平台车型双主簧左悬置应用改善效果

4 存在问题及改善方案

4.1 强化路试问题

车型B在完成强化路试后，左悬置主簧存在下述问题点，如表4所列。

表4 强化路试问题点

改善方案实施后，通过多轮强化路试验证存在明显改善，可以满足强化路试要求，但仍低于单主簧结构。

4.2 加速工况问题

双主簧左悬置对加速工况峰值改善不明显，还需继续优化静刚度曲线非线性段性能，同时维持车型A的吸振器等改善措施。

5 总结

双主簧悬置软垫结构在怠速、匀速NVH性能上相对于单主簧结构存在明显优势，但在加速工况上改善不大，同时耐久性能变差，下一步需在加速工况NVH性能、耐久性能上继续完善。