轻卡动力总成悬置系统故障分析及改进研究

轻卡动力总成悬置系统故障分析及改进研究

高鹏

江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230051

摘要：轻卡动力总成的悬置系统是车辆的关键部件之一，通常使用的是一种橡胶悬挂结构，它是一种由金属部件与橡胶部件构成的悬挂结构。而橡皮部件可以吸收震动和能量，从而提高汽车的乘坐舒适性。轻卡动力总成悬挂系统作为保证车辆稳定运行的关键结构，如果发生了故障，很可能会导致车辆异常抖动、行驶稳定性差等问题。所以，本文根据作者的工作经历，对轻卡动力总成悬挂系统的结构进行了讨论，并在对其故障原因展开了分析之后，提出了一些改进的意见，为将来更好地解决这类故障提供了一些可以借鉴的地方。

关键词：故障分析，悬挂系统，动力总成，轻卡

引言：导致汽车振动的激励来源有两种：一种是由于道路崎岖而导致的震动；一种是由于发动机的不平衡往复运动而导致的惯性力矩。近年来，由于路面平整度的改善以及悬挂系统的改进，由不平坦路面引起的汽车振动已经得到了很好的抑制。所以，由发动机工作引起的激励会对车辆的振动产生很大的影响。通过对动力总成的悬挂系统进行适当的配比，降低了悬挂系统对车身的震动，改善了车辆的乘坐舒适性。动力总成悬置系统，是由发动机和变速箱组成的动力总成、悬置软垫、悬置支架等零件构成，起到支撑限位、隔离振动、保护动力总成和平衡传动系统产生反作用力的作用。动力总成悬置是一个支承、限位元件，它能在全部条件下承受动、静载荷，并将发动机总成在不同方向上的位移保持在适当的范围内，防止其产生过大的静位移，从而与底盘上的其他零件发生干涉。作为车架和引擎的联结点，引擎支座必须具备较好的减震性能，并对其进行双重减震。在设计和研发过程中，怎样使动力传动系统的悬架达到最优，是我们需要着重考虑的问题。

1 轻卡动力总成的悬置系统概述

货车是一种主要为载运货物而设计和装备的车辆。与轿车市场相反，我国卡车市场依然是自主品牌占据统治地位。随着经济的发展与科技水平的进步，使用货车的用户对整车NVH（Noise, Vibration and Harshness，即噪声、振动和声振粗糙度）性能的要求也日渐提高。既要把卡车当“挣钱机器”，又要把它开得舒服。振动和噪声对车辆行驶平顺性有很大影响。从减震降噪的角度，车辆是一个由动力源（发动机、传动装置等）、减震装置（悬挂装置及连接装置等）以及发出噪音的主体（车体）等构成的复杂系统。导致车辆振动的激励因素主要有车辆运行中的道路不平顺性，以及在车辆运行过程中由于发动机的作用而造成的不平衡力矩。伴随着我国经济的不断发展，市区内、市区之间的高速公路得到了迅速的发展，截至2022年末，我国的高速公路总里程已经达到了15.44万公里，位居全球首位。随着道路条件的不断改善和悬架系统的不断完善，随着路面起伏对驾驶平顺性的影响逐渐减小，而引擎激发对卡车振动的影响则更加明显。如何对动力总成的悬挂进行合理的匹配和优化，以降低引擎的振动通过框架和车身的传导，提升悬挂的吸、隔振能力，是汽车 NVH的关键。所以，在产品的开发过程中，对动力传动系和悬挂系的匹配和优化，就成了一个重要的环节；优良的乘坐舒适性和乘坐稳定性，也是一项强有力的竞争点，可以占据更多的市场。在车辆减振设计中，动力总成悬挂系统是车辆减震的主要组成部分，其减振效果直接关系到车辆的乘坐舒适性和减振效果。汽车动力总成悬置系统指的是动力总成（包括发动机、离合器及变速器等）与车架、底盘之间的弹性连接系统。在正确地选择动力总成悬置系统的参数，能够减少发动机的振动传递，从而降低汽车的振动和噪声水平，提高汽车的舒适性。与此同时，还能够确保动力总成的工作安全可靠，防止动力总成零部件及其附件的过早损坏。发动机动力总成悬置元件是振动传递路径中的一个重要元件，它对汽车的隔振降噪是不容忽视的一个环节。

2悬置系统故障及原因分析

2.1悬置系统故障现象

某4×2轻卡车在使用过程中，客户反馈车辆在怠速情况下抖动严重的故障，主要表现为在怠速800rpm时，左、右后视镜抖动，影响驾驶员倒车时观看后方影像。另外，底盘上的保险杠、脚踏板支架、膨胀水箱支架均有抖动现象。

2.2故障原因分析

这辆车的引擎是四缸，引擎是纵向排列的，引擎是 A+ D的，这是一辆普通的轻型卡车。在直列式四缸柴油机中，在低速工况下，二阶转矩的脉动以及在高速工况下，二阶转矩的脉动以及二阶转矩的脉动。在空间上，动力传动系统有六个自由度，分别是：三个轴向的质心的平移，以及三条轴向的旋转。这样，动力悬挂系统就具有6种不同的振动模态和6种自振频率。

车辆出现抖动时，当发动机输出动力，经前后悬置软垫传给车架，车架再经驾驶室悬置传给驾驶室，还会传给底盘上的零部件。如果隔振性能较差，则会将较多的振动传至框架，使框架的自振频率与所受的激励频率一致，从而引起系统的谐振，甚至引起系统的抖动。本文就某汽车在行驶过程中产生的振动进行了计算机辅助分析。

3系统改进方案及验证

经分析发现，由于频率间隔、最大最小频率以及 Y方向和 Rz方向的脱耦速率未达到预期，需要对前、后悬挂系统的刚性进行优化；按照设计要求，在保持前、后悬置静压力差不超过1 mm的情况下，对阻尼器的三向刚度进行了同比变化。因此，急需对发动机悬挂系统进行改造，并尽早进行实车试验。

3.1制定方案

由上述分析可知，引起汽车振动的最大因素是前、后悬挂系统的刚性不能达到设计要求。为了解决这个问题，在维持结构不变的前提下，分别对发动机前后悬置软垫的刚度值进行了调整，最终得出了两个方案（表1）：对于以上两个方案，经过 CAE分析后，得到了如下表2，将方案一作为优化方案。

表1 两个方案参数统计表

表2 两个方案CAE比对结果统计表

3.2实车验证

在确定了方案之后，为了检验该方案的正确性和可靠性，将采用新型刚性的发动机前后悬置软垫进行了替换，并在发动机前后悬置的端部，以及车架的端部，分别安装了多个传感器，从而收集了发动机悬置的隔振数据，并收集了脚踏板、方向盘以及左后视镜的最大振动加速度数据。通过与前、后悬挂系统的测试结果进行比较，并通过试验进行了验证，结果表明，整车的振动基本消失，得到了很好的改善。

结束语：本文主要研究了4x2轻型卡车，在空闲时，左右后视镜，保险杠，脚踏板，膨胀水箱支架等出现了明显的抖动。在对四缸发动机的主要激励力矩进行了分析之后，发现了二阶扭矩振动，它的作用方向是动力总成的翻滚方向，因此，在对动力总成悬置系统的时候，主要要考虑降低翻滚方向的振动传递率。最后，对该方案进行了试验，并对该方案进行了试验，试验结果表明，该方案并没有产生显著的振动。表明该改进计划能有效地解决上述问题，并为今后的产品设计和研发提供了参考。

参考文献

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