汽车动力悬置的创新设计

高吴玮+田玉冬+何龙

[摘 要]悬置作为连接发动机与车身的一个支承原件，在减少汽车动力系统带来的NVH问题上起着至关重要的作用。悬置为发动机提供良好工作环境，改善汽车的操纵稳定性和平顺性，给驾驶者和乘员创造舒适的驾驶乘坐体验。目前市场上，随着汽车的保有量的增加，汽车的舒适性得到了越来越广泛的关注，人们也越来越注重汽车的驾驶舒适感。通过对汽车动力悬置的设计与创新，可以很好地做到这一点，同时也是为发动机舱空间合理利用提供先决条件。

[关键词]悬置，橡胶垫圈，隔震，二级减震。

中图分类号：TS207 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0171-02

汽车是一个具有质量、弹性和阻尼的振动系统，组成汽车的各部分子系统都拥有不同的结构强度，使得这各个子系统的固有频率不尽相同。汽车行驶在不平路面时，由于汽车的速度方向和加速度大小发生改变，车轮，车架，传动系统等的振动频率不同会很容易造成整车或者局部的剧烈振动。其中发动机作为汽车的动力输出同时也是汽车振动的主要来源之一，与车架相连的发动机产生的振动如果不能得到很好的控制，振动会通过车架传到与车架直接相连的车身钣金件和其他零件，同时会有噪音的产生，继而影响汽车的操纵稳定性和平顺性，使车内人员产生不舒适的感觉，严重时会造成零部件的应力疲劳，影响汽车的使用寿命。另一方面，路面和车架的振动和噪声也会通过发动机与车架连接处传给发动机，会严重影响发动机的正常运行。

1 基本原理

在汽车发动机支承技术中为了便于安装和减震降噪，一般采用了四点橡胶悬置法（三个限位支承，一个非限位支承），这样一来，每个支承点的悬置设计和组合就非常重要了。

悬置系统应具备三大作用：

（1）支撑作用

发动机悬置是一个支承原件，它必须能够承受发动机总成的质量，使其不至于过大的静位移而影响工作

（2）限位作用

发动机在受到各种干扰力（如制动、加速或其他动载荷）作用的情况下，悬置应能有效的限制其最大位移，以避免发生与相邻零件的碰撞干涉，确保发动机能正常工作。

（3）隔震作用

悬置是底盘与发动机动力总成之间的连接件，它应具有良好的隔振作用。一方面，它要阻止作为振源的发动机向车架传递振动力，这类隔振形式称为积极隔振；另一方面，发动机动力总成悬置必须阻止路面不平激励等传给发动机的振动和冲击，这类隔振形式称为消极隔振。可见发动机动力总成悬置必须起到双重隔振的作用。从隔振角度来说，希望悬置是越软越好，以期将振动隔离到最小；而从支承和限位角度来说，考虑到空间结构的紧凑性和有限性，又希望悬置越硬越好，最好将发动机动力总成固定不动。此二者是一个矛盾体，因此在悬置设计中如何最优化选取悬置刚度是一个极为重要的问题。

2 设计创新

在考虑到悬置基本原理的同时，对于悬置结构的创新设计也十分重要。当前汽车工业中，广泛使用的悬置分为传统的纯胶悬置，以及动、静态性能较好的液压悬置。基于现有的悬置模型下可以有如下创新（以橡胶悬置为例）。

2.1 总体结构

悬置总体结构如图 1所示，从左到右依次是金属定位板2、橡胶件、金属隔离板、橡胶垫圈、金属定位板1四大组成部分。并用螺栓通过各组成部分的中间通孔进行连接，实现悬置的动态上止位限位。

2.2 定位板

定位板分为金属板1和金属板2。金属板1如图2所示向上与发动机相连，可以设计成具有牙口的盖状，并且在盖面以圆形阵列方式打孔。盖状的设计可很好地固定隔离板和橡胶件，同时起到减小悬置的径向位移的作用，牙口状和盖面的开口设计是很好的排油口和通气口，在减少油污侵蚀的同时也可以实现零件的通风散热，同时节省了材料，降低成本，也更好地实现车身的轻量化。

金属板2如图3所示，作为悬置的下端部件，它在支撑悬置的同时向下连接车架，它和橡胶件的“倒凸”型设计能够让橡胶件平稳的固定在连接板中，充分起到限位作用，同时硬定位件和软橡胶件得配合可以更好地化解上文悬置隔震作用中提到的矛盾，起到很好地隔震作用。

两块定位板均采用金属材质是了更好的散热，也满足了支撑、限位要求。但是在一定程度上增加了悬置的整体重量。相比较金属定位，采用橡胶材料虽然能更好起到隔震，并且减少悬置总重，可是橡胶件不利于支撑和限位，不利于散热，同时橡胶件易老化，易被油污侵蚀的性质也会影响到悬置的使用寿命。所以这里推荐选用金属材料制成的定位板。

2.3 橡胶垫圈

在定位板和隔离板中加入的橡胶垫圈如图4所示，起到防止定位板和隔离板直接接触的作用，减少了两者的摩擦损耗，同时选用橡胶作为垫圈原料是为了与悬置橡胶件形成一个二级减震的效果。橡胶垫圈自身的带有一定的弹性性能，做为二级减震部件与主橡胶件的一级减震相配合，在悬置被压缩过程中提供额外弹性力，减少悬置的整体形变。在发动机到达动态下止点时（即悬置最大压缩处）橡胶垫圈和主橡胶件都达到了最大形变，此时悬置所拥有的弹性力大于发动的总重，即将使发动机向上运动，因为主橡胶件拥有大部分的弹性力，将橡胶垫圈以压缩的状态和发动机向上推直到压力释放完毕（此过程中橡胶垫圈始终处于被压缩状态），由于惯性力的作用发动机运动到动态上止点的过程中，橡胶件渐渐释放压力抵消一部分发动机的惯性力，减弱发动机的瞬时加速度，减少反向的冲击力，在剧烈的动态位移中保护好悬置各部件，吸收震动同时来保证发动机工作位置的稳定。在车辆静止或者驶过平缓路段时（震动不明显时）通过橡胶垫圈吸收一部分压力以起到保护主橡胶件的作用。虽然理论上多级减震的次数越多隔震效果越好，但是每加一级成本越高，悬置刚度越差，成本增加，所以减震级数也不宜过多。

2.4 隔离板

隔离板如图5所示，主要起到隔离油污与橡胶件的作用，斜坡的设计更利于排油，外界油污杂质通过定位板1的盖面进入悬置，在斜坡分力的作用下通过牙口排离悬置，减少了对悬置橡胶件的损害。斜坡的造型能导向气体流动，与定位板牙口处形成的类似于节流的装置，可以降低流经的流体压力，增加流速，尽可能多地带走热量。

2.5 橡胶件

橡胶件（如图6）作为悬置的主要弹性元件，提供大部分的弹性力。经文献检索，汽车发动机橡胶悬置装置所采用的人工合成橡胶件均为圆柱形和圆台形结构，中间通孔部分均为圆柱孔设计。这里设计成“倒凸”状与定位板2配合可以更好地提供弹性力达到吸振效果，同时可以很好的在径向固定橡胶件，因为对于发动机横置的车型，发动机舱内空间本就有限。这样的结构能尽量减少发动机的横向位移，防止与其他零件的碰撞摩擦。

3 结论

目前，大量的汽车发动机橡胶悬置装置结构简单，存在的不足主要为：现有橡胶悬置装置均为圆柱形和圆台形结构，振型结构单一，而汽车燃油发动机的振型与汽车车架的振型的振动频率是不一样的，使得其在整个工作范围内不能起到良好的隔震减振作用，而且外表面不大，散热较差。综合本文的创新设计，在二级减振方面对悬置的隔震吸振有了提高，同时隔离板与定位板的设计在一定程度上帮助了散热，也增加了悬置在车辆运行的复杂环境中的使用寿命。

作者简介：

高吴玮（1994年2月），男，大学本科，上海电机学院车辆工程专业，上海浦东新区橄榄路1350号，邮编201306，联系电话15317922609，

田玉冬（1968年1月），男，教授，博士研究生导师，主要从事载运工具运用工程、汽车服务工程和车辆CAT技术的教学和研究

何 龙（1995年2月），男，大学本科，上海电机学院车辆工程专业