动力总成悬置系统布置设计研究
1 影响悬置系统布置设计的因素 1.1 发动机汽缸数的影响
不同缸数的发动机对动力总成的振动激励型式和激励频率不同。对于四缸四冲程发动机，在低频区的激振成分主要是第二阶不平衡往复惯性力;对于六缸四冲程发动机，其激振成分主要是第三、六阶转矩谐量。根据隔振理论，动力总成刚体振动模态频率应比主要激振频率的0.707倍要小。考虑怠速隔振的情况，当发动机的怠速转速相同时，四缸发动机动力总成的刚体振动临界频率上限需低于六缸机。对于四缸机，应特别注意其二阶不平衡往复惯性力。
1.2 发动机布置方式的影响
FF(发动机前置前轮驱动)式汽车的发动机可以横置或纵置，而横置发动机和纵置发动机的倾覆力矩对车身的低阶弯曲、扭转振动模态的相互耦合、匹配关系也完全不同。虽然动力总成的转动惯量几一般比几要大得多(3一倍左右)，但动力总成的俯仰振动模态频率一般低于侧倾振动模态频率，动力总成的俯仰振动幅值往往小于侧倾振动幅值。
在发动机怠速工况下，动力总成的侧倾振动较大，为了避免动力总成的振动引起车身的低阶弯曲、扭转模态共振，在动力总成悬置系统设计过程中需要合理匹配车身弯曲或扭转振动模态与动力总成刚体侧倾振动模态的频率，同时对动力总成悬置安装点与车身固有振型节线的相对位置关系进行合理匹配。例如，对于横置式发动机，动力总成的前后悬置不宜跨置于车身弯曲振型节线的两侧。
1.3 动力传动系统型式的影响
对于发动机前置—前轮驱动的FF式汽车动力传动系，其动力总成还包括驱动桥主减速器，使得作用在动力总成上的驱动反力矩比FR式汽车大大增加，就要求
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提高悬置的静刚度。同时，FF式汽车动力总成与FR式相比，其扭矩轴与曲轴的夹角明显增大，当其悬置系统采用V型布置方案时，往往由于布置空间和布置位置的限制，难以使得悬置组在布置达到使悬置组的弹性中心落在扭矩轴上的目标。因此，有必要在整车总布置初期预留必要的空间。
1.4 整车隔振性能要求对动力总成悬置系统设计的影响
为了抑制路面激起的整车振动，可适当配置动力总成悬置系统的垂向振动模态频率，使其起到控制整车振动的动力吸振器的作用，由动力总成吸收经过悬架传递上来的振动，从而减小车身的振动。这往往要求动力总成悬置系统有较高的垂向刚度。
2 不同动力总成型式下的悬置布置设计 2.1 前置后驱式（FR式）汽车
前置后驱式（FR）汽车经常采用对称布置的三点或四点式悬置系统，二者隔振原理基本相同。
在FR式汽车动力总成悬置系统中，多在动力总成质心的左右各有一悬置，在变速器后部选用一点或两点悬置，组成三点或四点式悬置系统。
动力总成质心附近的悬置支承了动力总成质量的60％—80％，起主要隔振作用，被称作主悬置。
而变速器后部悬置的垂直方向刚度较低，主要起限制动力总成振幅的作用，防止其产生俯仰运动，被称作止动式悬置。
动力总成有六个刚体模态，在耦合振动系统中的某一模态受到激发的同时，其它模态振动也受到激发，不利于控制系统的振动。理想的解耦式振动系统中，悬置系统的弹性中心与动力总成的质心重合，这样六个刚体模态完全解耦。但由于动力总成在汽车上的安装空间受到限制，无法实现完全解耦。
Adam Opel汽车动力总成采用的三点式悬置系统中，在发动机前部的两侧各有一个与垂直方向倾斜一定角度的解耦式主悬置，在变速器后部有一止动式悬置，如图2-1所示。考虑到动力总成中扭矩波动、往复惯性力引起的扭振和垂直
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振动对整车乘坐舒适性有重要影响，因此图3.2所示的悬置系统将扭转振动与垂直振动解除耦合，从而在一定程度上改善了悬置系统的隔振特性。
图2-1 FR式汽车动力总成悬置系统
2.2 前置前驱动（FF式）汽车
动力总成前置前驱动汽车（简称FF式汽车）结构紧凑，空间利用率高，高速行驶时具有良好的平顺性和安全性，在中、低档轿车中得到了广泛应用。
在FF式汽车中驱动反力矩直接作用在动力总成悬置上，故动力总成悬置除支承动力总成质量、扭矩波动、往复惯性力外，还应支承驱动反力矩作用(考虑到差速器变速比，驱动反力矩是动力总成输出力矩的3—4倍以上)，因此，为限制动力总成的振幅，悬置应具有较高刚度，但这与采用低刚度悬置以隔离发动机中高速运转时的振动、噪声的要求相矛盾。为克服这一矛盾，应在悬置系统中采取相应措施。
动力总成横置的FF式汽车驱动轴平行于发动机曲轴，动力总成输出扭矩和驱动反力矩都作用在动力总成前后悬置上，见图2-2 a。
动力总成纵置的FF式汽车驱动轴垂直于发动机曲轴，扭矩激励作用在两前悬置上，驱动反力矩作用在变速箱悬置上，见图2-2 b。
由图2-2可知，动力总成横置或纵置时，FF式汽车动力总成悬置系统受力状况有明显差别。
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图2-2 FF式汽车悬置系统所受力矩
2.2.1 动力总成横置时FF式汽车悬置系统配置规律
动力总成横置的FF式汽车悬置系统与FR式汽车相比，尚未形成统一的配置方式。其原因是：不同生产厂家设计原则不同、发动机舱布置紧凑、对悬置的隔振水平要求高等。
动力总成横置的FF式汽车采用的三点式悬置系统突破了FR式汽车动力总成悬置系统的局限，有下面三种主要方式：
图 2-3 a 动力总成横置的FF式汽车三点式悬置系统配置方式（1）
图 2-3 b 动力总成横置的FF式汽车三点式悬置系统配置方式（2）
(1)在图2-3 a所示三点式悬置系统中，在动力总成质心前有两悬置，分别布置在发动机、变速器与车架之间，质心后有一与汽车纵轴偏转一定角度的悬置通过横向支座连接变速器输出半轴和车厢前壁，可支承汽车的起步力矩。
(2)在图2-3 b所示三点式悬置系统中，质心前部有一悬置通过横梁与纵梁相连，质心后有两悬置与转向轴相连。
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(3)在图2-3 c所示三点式悬置系统中，左右悬置与车架直接相连，其连线通过动力总成质心，动力总成质心下侧另有一悬置与车厢前部相连，起支承转矩作用。
（4）图2-4所示的四点式悬置系统在动力总成横置的FF式汽车上也得到了广泛应用。悬置系统中前后悬置安装在T型副车架上，发动机顶部悬置和变速箱置固定在整体式车架上。
在悬置系统设计中，应严格控制弯曲模态振型节点在悬置系统中的位置。由图2-5可知，当振型节点在前、后悬置之间时，座椅接地点垂直振动水平有所提高；当振型节点在后悬置之后时，座椅接地点垂直振动水平有所降低，这种现象被称作“相量消减”。
由图2-6可知，当激振频率趋于动力总成刚体共振频率时，节点位置向前移动。这时，系统包括动力总成绕打击中心A作俯仰运动的刚体模态和一阶弯曲模态。由于刚体共振频率前后的弯曲模态相位相反，因此弯曲振动节点在上述两个弹性模态作用下在刚体共振频率点附近产生移动。为保证节点位于后悬置之后，应使怠速频率低于动力总成共振频率。如果车体尺寸太大，无法将动力总成弯曲模态共振频率提高至怠速频率之上，那么应安装动力吸振器，如将散热器与动力总成弹性连接，以在汽车怠速时抑制动力总成的弯曲共振。这样当汽车怠速时，动力总成悬置系统中只有刚体模态受到激发，振动节点减为一个，并移向打击中心。
图 2-3 c 动力总成横置的FF式汽车三点式悬置系统配置方式（3）
图 2-4 动力总成横置的FF式汽车
四点式悬置系统配置方式
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