发动机悬置系统.ppt

发动机悬置系统 什么是发动机悬置 发动机悬置的作用 关于发动机悬置的布置 关于发动机悬置的方式 关于主要振动问题的对策 内容 支撑动力装置 发动机 变速器 的重量 抑制由于包括内部反作用力的外力造成的对动力装置的动态位移 防止来自发动机等处的起振力向车身振动传递是一种缓冲系统 什么是发动机悬置 发动机悬置要素的具体实例1 3 切饼型 在 个方向的弹簧上 压缩方向的弹簧系数高 切断方向的弹簧系数低 设置安装倾角 通过调整压缩方向与切断方向的贡献比例 可以设定各方向的弹簧系数 发动机悬置要素的具体实例2 3 圆筒型 在 个方向的弹簧上 圆周方向为压缩方向 弹簧系数高 轴方向及旋转方向为切断方向 弹簧系数低 发动机悬置要素的具体实例3 3 发动机悬置的主要作用有一下3点 支撑重量 重量分担性 抑制动态位移 搭载性 降低振动传递 防振性 发动机悬置的作用 由于发动机悬置是通过介入弹性体来支撑动力装置的重量 对于分担的重量 悬置需要具备能够在充分的线形区域进行支撑的静态弹簧系数 发动机悬置的作用 重量分担性1 2 x F F x 限位器 静态状态 动态状态 为了防止因动力装置的重量而导致的静态位移 在荷重以外的方向发生 需要设定各悬置位置及弹簧系数 即要通过悬置位置弹簧系数所确定的弹性轴的重心 发动机悬置的作用 重量分担性2 2 动力装置会因驱动反作用力 操纵以及路面干扰伴随的车辆举动变化 而产生支撑重量所伴随态位移 以及动态位移 为了避免与周边零件的干涉 需要对这些动态位移进行控制 发动机悬置的作用 搭载性1 2 F x 限位器 静态状态 动态状态 支撑重量所伴随的静态位移一般是指向上下方向的 而动态位移根据外力要因的不同 方向是不一样的 发动机悬置的作用 搭载性 3 重量支撑 驱动反作用力 路面干扰 操纵性 静态 位移要因 动态 动态 动态 上下 左右 前后 滚动 颠簸 摇摆 对于动态位移 发动机悬置的作用上具有两面性的要求 从振动传递方面是允许 从稳定性方面是控制 发动机悬置的作用 搭载性 3 动力装置与发动机悬置 在动力装置的质量和悬置绝缘体 insulator 的弹簧刚性作用下 形成1个振动系统 发动机悬置的作用 防振性1 6 动力装置的惯性质量 发动机悬置系统的综合弹簧刚性综合衰减系数 受到悬置的弹簧特性与悬置布置的影响 输入频率和振动系统的固有值 将决定之后的振动传递特性 发动机悬置的作用 防振性2 6 发动机悬置系统的振动形态与 V 项目 动力装置 发动机悬置形成的振动系统的固有值影响着输出的传递性能 发动机悬置的作用 防振性3 6 根据这样的关系来选定发动机悬置系统的弹簧刚性和布置 发动机悬置 役割 防振性 探讨实例 4缸发动机 怠速振动情况 怠速转数 发动机起振力频率 曲轴旋转 次成分C2 发动机悬置系统的共振频率 传递度为1的频率 14 18 偏低设定 Hz 发动机悬置的作用 防振性 发动机悬置系统实际上属于多自由度系统 固有值各不相同 具有传递特性 发动机悬置的作用 防振性 反弹 滚动 发动机悬置的 个作用之中 在确保重量分担性与搭载性这两个的同时 还有一个作用就是提高防振性 这也是布置设定的目的之一 关于发动机悬置的布置 基本 1 低 固有值 化 对于主要起振力方向 极力减小弹簧系数 使该方向的共振频率 固有值 变小 主要起振力方向上的对策 关于发动机悬置的布置 基本 2 非偶合化1 2 另一个目的是非偶合化 即追求主要起振力方向的防振性的同时 控制他方向成分的振动増加 不偶合的情况 方向只 反弹 偶合的情况 方向 反弹 颠簸 关于发动机悬置的布置 基本 3 考虑偶合的理论公式 关于发动机悬置的布置 基本 4 2个滚轴的考虑 扭矩滚轴曲轴周围有扭矩负荷时 在旋转轴上 惯性主轴成为基础 在通过同一个重心的同时 向若干曲轴侧倾斜 由动力装置的质量分布确定 弹性滚轴在悬置支撑的动力装置上 有静态扭矩负荷时的旋转轴 由发动机悬置的位置 刚性确定 观点 关于发动机悬置的布置 种类 1 惯性主轴方式悬置1 3 在扭矩滚动轴上设置动力装置的主悬置 支撑重量 用软弹簧接受主要的滚动力 由于动力装置会以扭矩滚轴为中心旋转 需要设置防止这种旋转的滚动限位器悬置 扭矩滚动轴 关于发动机悬置的布置 种类 1 惯性主轴方式悬置2 3 相对主要起振力方向 滚动方向 的输入 应尽量避免发生其他的方向成分 将主悬置配置在惯性主轴上当然是最理想的 但是如果难以实现的话 应该极力减小与惯性主轴线的偏移量 或者将其配置在与惯性主轴相平行的轴线上 扭矩滚轴 非偶合化的观点 得失 关于发动机悬置的布置 种类 1 惯性主轴方式悬置3 3 1 支撑性 与车体特性的結合性 2 振动特性适应性 点支撑 惯性主轴 丰田Corolla 三菱Lancer 关于发动机悬置的布置 种类 2 重心支撑方式悬置1 3 悬置点的配置尽量围绕动力装置的重心点 适当分配弹簧系数与重心点的距离 采取让各悬置点分担重量的方式各悬置具有分担重量和防振2种作用 观点 得失 1 支撑性 与车体特性的結合性 2 振动特性适应性 3点支撑 重心支撑 关于发动机悬置的布置 种类 2 重心支撑方式悬置2 3 丰田Vitz 得失 通过与防振井字形底盘架梁的组合 可以防止发动机的搞频率振动 很难将弹性滚动中心与重心对应 对发动机扭矩上部的保持力不足 大扭矩发动机需要追加连杆 1 支撑性 与车体特性的結合性 2 振动特性适应性 3点支撑 下部支撑 关于发动机悬置的布置 种类 2 重心支撑方式悬置3 3 丰田Harrier 丰田Camry 三菱ek Wagon 三菱ek wagon 丰田Camry Harrier 关于发动机悬置的布置 种类 3 钟摆式悬置1 2 在扭矩滚轴的上方设置动力装置的主悬置 在支撑重量的同时 在下部设置滚动限位器 抑制滚子的移动 观点 得失 输入点及输入方向少 容易调整 偶合因素单纯 容易调整 滚动连杆只在 方向有约束 不好 不适合大扭矩发动机 1 支撑性 与车体特性的結合性 2 振动特性适应性 钟摆 关于发动机悬置的布置 种类 3 钟摆式悬置2 2 大众Golf 标致208 三菱Colt 三菱Colt 大众Golf 标致206 对于轻量 低输出的发动机 动力装置 惯性主轴方式有利 另外 钟摆方式也被广泛采用 但是 如果能确保低刚性 重心支撑方式也可以获得同等的性能 对于较重 高输出的发动机 重心支撑方式有利 但是如果能充分确保悬置的容量的话 对振动面很有利 关于发动机悬置的布置 横置FF车悬置方式的选定 关于主要振动问题的对策 现象 发动机噪音 齿轮噪音 怠速振动 P P摇动 加速冲振 P P振动轰鸣 起振力成分 频率区域 Hz 1 10 100 1000 5 50 500 包括悬置支架弹性振动 与发动机悬置相关的主要振动噪音问题如下所举 发动机悬置系统的确定过程实例 初期数据的准备 动力装置规格 输出 惯性力矩等 初期讨论 重心位置 扭矩滚轴 弹性滚轴设定 限制系统基本讨论 滚动输入对策 最大输入时的滚角 滚动刚性讨论 各悬置的刚性讨论 确保滚动刚性 各悬置点的输入 防振性能的综合确认 高频率振动传递性 位置和刚性的确认 与车体的特性整合性确认 音响度的确认 特性变更讨论 具体的讨论项目 关于怠速振动的对策 怠速振动要因 发动机的滚动力矩与上下力为起振力 怠速振动是指各悬置点传递的发动机滚动振动 与车体对上下振动的振动回应的合成 悬置的传递特性 是以悬置系统的滚动刚性值和上下刚性值来评价的 与悬置的方式无关 以下 将发动机悬置简化 分析发动机起振力的传递性 滚动力矩 燃焼部分 活塞直径 2 连杆长度 SIN 2 关于怠速振动的对策 直列4缸发动机的起振力 概要 上下力成分 COS成分 与滚动成分 SIN成分 有90 的相位差 1 往复惯性质量引发的上下起振力4mr 2e2cos 2 e2 1 1 4 3 r 2 往复惯性质量引发的起振力矩4mr 2f2sin 2 f2 1 2 1 32 4 3 燃烧引发的起振力矩 D2 b2sin 2 a2cos 2 a2 b2 扭矩谐波 harmonic 系数 平均有效压力Pi的函数 关于怠速振动的对策 直列4缸发动机的起振力 公式 惯性力成分是上下力 力矩共同与 成比例 因此 可以判断位移一定的起振力 关于怠速振动的对策 怠速时发动机扭矩变动 直 由逆相位的燃烧部分与往复惯性部分的和构成 在怠速区域 燃烧部分大 在转数增加的同时 被往复惯性部分抵消 平衡点的形成 关于怠速振动的对策 怠速时动力装置的动态 直 发动机 缸 发动机转数 C2 Hz 横置FF乗用车搭载状态下的计算结果实例 加上重心旋转的滚动运动 与滚动成分成90 差别的上下成分 反弹 出现重叠 各点呈现椭圆运动 滚动 往复惯性部分 燃烧部分 燃烧部分 关于怠速振动的对策 悬置输入 滚动悬置 滚动成分以SIN成分为主体 反弹成分以COS成分为主体 因此二者有 的相位差 前滚动悬置 关于怠速振动的对策 悬置输入 2滚动悬置1 2 对配有前后2个滚动悬置的惯性主轴的悬置方式进行讨论 此处 只考虑来自2个滚动悬置的传递 不考虑来自主悬置的传递 后滚动悬置 关于怠速振动的对策 悬置输入 2滚动悬置2 2 2个滚动悬置 前 后 上 因反弹引发的上下输入和音滚动引发的力矩输入分别起作用 力矩输入方向与发动机配置 W E E W 相反 关于怠速振动的对策 弹性体 滚动传递1 2 力矩合力 悬置间的车身感度相位差 Level 上下合力 关于怠速振动的对策 弹性体 滚动传递2 2 随着车体弹性振动时2个悬置间的相位差 的増加 出现力矩合力減少 上下合力増加的倾向 相位差的发生明显对E W方面的作用有利 关于怠速振动的对策 弹性体 滚动 反弹传递1 2 W E的情况下 相位差増加为等级 Level 增加 E W的情况下 等级最小时的相位有最佳值 关于怠速振动的对策 弹性体 滚动 反弹传递2 2 悬置间的车身感度相位差 关于怠速振动的对策 主悬置位置的离散考虑1 5 至此 只有以振动传递为主的2个滚动悬置发生影响 没有考虑在扭矩滚轴上配置主悬置 但是 生产上的偏差 或者将多种动力装置按一样的布置搭载时 扭矩滚轴与主悬置的位置常常发生偏离 由于主悬置承担重量支撑 弹簧系数较高 与扭矩滚轴位置偏离的影响较大 因此 该偏离对怠速振动等级有多大影响 在设计阶段就应该事先把握好 以下 以实验数据为基础 根据简单的计算进行探讨 关于怠速振动的对策 主悬置位置的离散考虑2 5 扭矩滚轴 100mm 上下振动加速度振幅 相位 100mm dh dm 关于怠速振动的对策 主悬置位置的离散考虑3 5 从平面视图看 为了将偏置造成的不好影响控制在 B以内 的区域 有如下内容 关于怠速振动的对策 主悬置位置的离散考虑4 5 C B E G D Base 关于怠速振动的对策 主悬置位置的离散考虑5 5 现象 加减速等 发动机过度输入时的振动 5 15Hz 关于冲振喘振的对策 参考 加速冲振喘振对策之控制发动机输出 关于冲振喘振的对策 非线形悬置滚动刚性的控制对于从低扭矩区域刚性K1到高扭矩区域刚性K2的变化 将这个比例控制在 以下为最佳 悬置静态滚动刚性特性 悬置静态滚动刚性的非线形性与加速冲击 现象 由于动力装置的上下 颠簸 pitch 滚动共振 对路面输入的振动传递率发生恶化 5 20Hz 关于动力装置振动的对策 30 20 10 0 10 0 5 10 15 20 频率 Hz 振动传递率 dB 动力装置上下共振 目标值 運転席 加振台 悬置偶合度的活用 0 10 20 30 10 振动传递率 B 驾驶席 加振台 目標値 关于动力装置振动的对策 用重心 弹性中心之间距离的Mt 间距比来定义 车内噪音公差水平dB Hz 车体感度dB kg Hz 发动机悬置位移 发动机侧 输入值公差 每个单位悬置位移的输入公差 发动机悬置的动态弹簧刚性公差 Hz kg Hz Kg mm 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的设定法 动力装置重量支撑 动力装置刚体振动 车身构造振动与车腔音响感度結合 同上面的非結合区域 动力装置振动 频率Hz 0 100 200 300 400 500 600 弹簧刚性 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的控制要因1 6 发动机重量支撑需要能够支撑重量程度的弹簧刚性 如果太低 则无法完全吸收动态动作 造成冲击振动 频率Hz 0 100 200 300 400 500 600 弹簧刚性 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的控制要因2 6 动力装置刚体振动在低频率区域 刚体振动振幅大 另外 由于悬置系的共振引起的传递容易变大 所以最好能往低控制弹簧刚性 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的控制要因3 6 车身构造振动与车腔音响感度的结合一进入车腔内的气柱共鸣区域 车身钣金的振动与车腔音感度的结合影响着车内噪音特性 为了抑制来自悬置的振动输入 降低悬置动态弹簧刚性比较有利 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的控制要因4 6 同上面的非结合区域属于车身钣金振动模态难以激励的输入范围 振动音响模态变得复杂化 所伴随轰鸣声的发生受到抑制的区域 成为非结合区域 对弹簧刚性的要求不明确 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的控制要因5 6 动力装置振动超过轰鸣声领域的音质值得注意 其原因是动力装置的振动传递介入到了悬置 因此需要对该传递进行抑制 关于NVH的整体对策 悬置弹簧刚性公差的控制要因6 6 关于NVH的整体对策 解决发动机噪音的设定传递特性实例 10 30 100 300 频率Hz 1000 20 30 40 动态弹簧系数 104 m 车内噪音目标水平 音响感度dBA N 20 0