10.16638/jki.1671-7988.2021.08.014
李正辉，张山峰，项兴富
（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波315336）
摘要：通过研究发现，发动机悬置系统对车辆的NVH表现影响比较大，文章通过调整整车悬置长度、悬置强度、正时罩盖（又称发动机前罩盖、正时链条盖）强度、悬置螺栓安装点等结构参数，对悬置系统进行仿真计算，提高发动机悬置系统的刚度，优化发动机NVH性能，减轻产品的重量，从而达到最优化设计。
关键词：刚度；悬置；发动机；正时罩盖；振动；NVH
中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)08-43-03
The Research of the Engine Mounting Stiffness System
Li Zhenghui, Zhang Shanfeng, Xiang Xingfu
（Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336）
Abstract: Based on the investigation, the engine mount system has a greater effect on the NVH characteristics. In this paper, by adjusting the vehicle mount length, mount strength, timing cover (also know as the Front Cover, Timing chain cover) strength, mount bolt installation point and other structural parameters, simulating calculate the engine mount system, improve the stiffness of the engine mount system, optimize the engine NVH, reduce the weight of the product, so as to achieve the optimal design.
Keywords: Stiffness; Suspension; Engine; Timing cover; Vibration; NVH
CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)08-43-03
1 引言
随着道路环境的改善及节能减排标准的日渐严格，使汽车向着大扭矩和轻量化发展，进而导致发动机抖动的现象更加突出，严重影响汽车的乘坐舒适性。其中发动机与整车连接处产生的震动比较严重，因此发动机动力总成的NVH性能分析研究越来越受到重视。
汽车发动机前悬置是动力总成系统的关键零件，需要满足汽车在不同工况下的强度和刚度。通过深入的
研究分析，发动机前悬置的刚度对发动机的NVH性能影响比较大，刚度低的悬置会导致车内的噪声、振动大。悬置如果设计得不合理，悬置支架的固有频率低于发动机工作转速范围，悬置支架将会产生共振[1]，使得汽车内部噪声大，因此刚度是悬置支架的重要指标之一。
针对悬置处的刚度[2]，可以通过仿真计算优化结构，提高发动机悬置系统的刚度[3]，进而优化发动机NVH性能，同时减轻产品的重量，从而达到最优化设计。
本文适用于通过悬置螺栓，将发动机前悬置支架与正时罩盖、缸体、缸盖连接的结构；常用的优化方法：调整整车悬置长度、提高整车悬置强度、调整发动机悬置螺栓安装点距离、增加发动机悬置螺栓安装点的数量、提高正时罩盖强度等。
2 模拟分析计算
将气缸体、气缸盖、气缸盖罩、油底壳、变速器壳体、
作者简介：李正辉（1992-），男，缸体设计工程师，就职于宁波吉
利罗佑发动机零部件有限公司，负责发动机正时罩盖、发动机悬置
的开发设计工作。
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44 正时罩盖、前悬置支架、后悬置支架数模通过螺栓装配，输入材料、弹性模量、密度、重量等关键参数，通过HyperMesh 软件对数据进行前处理，用MSC.Nastran2012软件进行仿真计算[4]，在整车悬置末端（靠近整车连接处）施加载荷（模拟发动机受到来自整车的振动），该载荷可以在实车上进行测量，需要选取最恶劣的工况，也可以粗略地根据经验值X=7G 、Y=7G 、Z=7G （G 为发动机的质量）来计算，算出Compliance 值（动柔度），刚度（悬置末端振动幅度）=1/Comp -liance ，进而得出刚度的计算结果。
3 整车悬置强度的影响
整车悬置的悬臂长度、悬臂厚度、悬臂材料是整车悬置的重要参数，对悬置系统的刚度有一定影响。
整车悬臂长度：整车悬臂末端到悬置受发动机重力中心的距离。对同款发动机搭载不同车型的前悬置进行仿真计算，两款车型的整车悬臂长度相差23mm （见图1悬置悬臂长度），悬臂短的前悬置系统刚度增大747N/mm ，在这款悬臂的基础上将长度再减少20mm ，前悬置系统刚度增加1049N/mm 。由此可以看出整车悬置悬臂长度对刚度影响较大，减小整车悬置悬臂长度可以直接地提高悬置系统刚度，因此合理设计机舱空间很重要。
图1 悬置悬臂长度
整车悬置悬臂强度：对某款发动机的前悬置进行仿真计算，将整车前悬置悬臂厚度增加10mm （见图2），同时将材料由铝合金改为钢制，计算前悬置系统刚度增加312N/mm 。由此可以看出整车前悬置悬臂厚度、材料对刚度有较小的影响，虽然可以通过该方法来提高悬置系统刚度，但是成本增加较大，不建议采用此类方法。
优化前：悬置悬臂厚度28mm 优化后：悬置悬臂厚度38mm
图2 悬置悬臂长度
4 前悬置支架结构的影响
发动机前悬置支架有集成式和独立式两种结构，结构差
异见图3。集成式悬置支架：将发动机前悬置支架集成在正时罩盖上，正时罩盖直接与整车悬置连接；独立式悬置支架：单独一个发动机支架用来连接整车前悬置与发动机正时罩盖。
集成式前悬置支架安装相对简单，总重量较轻，前悬置支架与发动机前罩盖是一个件，可以将前悬置处的振动导入到零件罩盖上，减小发动机前悬置末端的振幅，进而提高刚度，但是集成式前悬置支架铸造难度较大，悬置处容易出现铸造缺陷，在福特的福克斯车型上有相关应用，市场上主要还是独立式前悬置支架结构应用较广。
独立式悬置支架 集成式悬置支架
①气缸盖罩 ②气缸盖 ③整车悬置支架 ④气缸体 ⑤正时罩盖
⑥油底壳 ⑦悬置螺栓 ⑧ 发动机悬置支架
图3 正时罩盖结构
某机型通过仿真计算，通过将独立式悬置支架改为集成
式悬置支架，悬置系统刚度提高610N/mm 。针对本结构调整前悬置支架的结构对刚度有一定影响。
5 悬置螺栓的影响
正时罩盖通常使用一圈的M6～M8小螺栓装配压紧密封面，在悬置附近使用2～5颗M10～M12大螺栓将悬置/罩盖紧固在缸体/缸盖上，我们称这几颗大螺栓为悬置螺栓。悬置螺栓是支撑悬置的主要受力点，是影响刚度的重要因素。可以通过调整悬置螺栓间距、数量及位置去提供悬置刚度。
某机型通过仿真计算，将悬置螺栓安装点由2颗安装螺栓改为3颗安装螺栓，悬置刚度提高706N/mm ；将两颗悬置螺栓间距加长35mm ，悬置刚度提高748N/mm 。由此可以看
出正时罩盖悬置螺栓安装点的数量、间距对刚度影响比较大，增加悬置螺栓数量、调整悬置螺栓间距可以直接提高悬置系统刚度，因此要合理设计悬置螺栓安装点。
6 正时罩盖的影响
正时罩盖作为连接发动机悬置与 （下转第48页）
则需要696ms。
若系统完成压力填充，当前从5bar抱死压力120bar，需量5.12cc，电机泵流量为9ml/s，需要568ms。满足TTL〈800ms 要求。
5 结论
在ESC系统开发前期，针对液压控制单元，必须根据整车及制动系统参数做系统的选型、计算及校核工作，如果在标定开发中发现硬件无法满足需求，会导致整个标定过程重新测试，额外投入大量地试验。所以前期的硬件设计校验是必不可少的一步。
参考文献
[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社.1997.
[2] 高延龄.汽车运用工程[M].北京：人民交通出版社.1990.
[3] 吴际章.汽车构造(上､下册)[M].北京：人民交通出版社.1998.
[4] 郜大伟.汽车ESP 液压调节器建模与轮缸压力估计算法的研究
[D].长春：吉林大学,2009.
发动机总成[5] 谢敏松.汽车ESP液压系统动态特性研究[D].重庆：重庆大学,
2007.
（上接第44页）
发动机缸体、缸盖的主要零件，正时罩盖的刚度对悬置系统刚度影响比较大。通常采用拓扑分析计算[5]罩盖的薄弱点，优化正时罩盖加强筋的办法提高正时罩盖刚度。
某机型通过多次优化正时罩盖加强筋，在悬置受力方向增加竖筋，调整加强筋的角度，在拓扑分析的薄弱地区加筋等措施，使悬置系统刚度提高824 N/mm。由此可以看出正时罩盖强度对悬置系统的刚度影响比较大，虽然还可以继续优化提高，但是综合重量、成本和工艺的考虑没有采用。
7 结语
（1）根据本文中验证的结论，整车悬置长度、整车悬置强度、发动机前悬置支架结构、发动机悬置螺栓安装点数量、发动机悬置螺栓安装点距离、正时罩盖强度等都可能对发动机前悬置系统的刚度产生影响，可以通过调整上述关键的参数优化结构，提高发动机前端悬置系统的刚度。
（2）本文的研究结论，对独立式悬置支架的设计和使用也有参考价值。
参考文献
[1] 杨武森，杨玉玲，宋树森.关于某动力总成悬置支架的优化设计[J].
实用汽车技术,2014,(7):10-11+43.
[2] 滕腾.发动机悬置的分析研究[J].汽车工艺与材料,2006,(4):1-3.
[3] 沈颖刚，杨文钊，郭鹏，等.汽车悬置系统研究综述[J].机械设计与研
究,2015,31(06):131-139.
[4] 刘达斌，蒋胜强，毛江，等.动力总成悬置系统优化中悬置刚度灵敏
度分析[J].中国机械工程,2014,25(22):3109-3113.
[5] 张兰春，赵清海，张洪信，等.汽车动力总成悬置支架的多目标拓扑
优化[J].汽车工程,2017,39(5):551-555.
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