CN112406501B

CN112406501B - 一种前悬置和前横梁的布置方法以及布置结构

Info

Publication number: CN112406501B
Application number: CN202011163359.2A
Authority: CN
Inventors: 付满; 张兴; 陈宇; 余柳平; 刘文丰
Original assignee: Dongfeng Motor Corp
Current assignee: Dongfeng Motor Corp
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: CN112406501A

Abstract

本发明涉及一种前悬置和前横梁的布置方法和布置结构，属于汽车技术领域。该布置方法包括四个步骤，具体为：获取前悬置轴向与径向的刚度比；基于刚度比确定前悬置的最值安装角度；基于前悬置的最值安装角度确定前悬置的实际安装角度；基于前悬置的实际安装角度确定前横梁的安装位置。通过本方法能够获取前悬置处于RX向最大模态频率时的最值安装角度，从而使前悬置的实际安装角度小于该最值安装角度，从而显著降低RX向模态频率，提高整车NVH性能。同时，在确定了前悬置的安装角度之后，通过前悬置的安装角度确定前横梁的安装角度。

Description

一种前悬置和前横梁的布置方法以及布置结构

技术领域

本发明属于汽车领域，特别涉及一种前悬置和前横梁的布置方法以及布置结构。

背景技术

目前少量B级及大量C级及以上车型动力总成采用纵置后驱布置形式。发动机通过左前悬置、右前悬置连接至前副车架，变速箱通过后悬置连接至车身地板，以实现较好的解耦、贡献较好的整车NVH性能及舒适性。

随着发动机和变速箱新技术的发展，动力总成扭矩、重量、占位逐渐提升，质心、惯量分布的不均性也明显加强，而发动机舱左前悬置、右前悬置布置空间却更苛刻，这对悬置***设计带来了新的挑战。在设计纵置动力总成悬置***时，因纵置动力总成固有质心转动惯量特性，使得重点关注的RX向(绕X向)模态频率一般为6阶刚体模态中的最大值，容易超出“f_RX≤0.5*发动机主激励阶次”的一般要求，从而影响整车NVH性能及舒适性。

如何在有限的布置空间内布置前悬置的安装位置以提高整体NVH性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种前悬置和前横梁的布置方法以及布置结构，以解决现有技术中的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种前悬置和前横梁的布置方法，包括：

获取所述前悬置轴向与径向的刚度比；

基于所述刚度比确定所述前悬置的最值安装角度，所述刚度比与所述最值安装角度具有预设关系，所述最值安装角度为所述前悬置处于RX向最大模态频率时对应的安装角度，所述RX向为绕整车行驶方向的反方向；

基于所述前悬置的最值安装角度确定所述前悬置的实际安装角度，所述前悬置的实际安装角度小于所述前悬置的最值安装角度；

基于所述前悬置的实际安装角度确定所述前悬置在前横梁上的安装位置。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述刚度比与所述最值安装角度的预设关系为：

其中，θ_max为所述最值安装角度，i为虚数，L为所述刚度比。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述刚度比与所述最值安装角度的预设关系的获取方法为：

根据所述前悬置到弹性中心的垂直方向距离、前悬置到弹性中心的水平方向距离与所述刚度比之间的满足RX向解耦要求的预设关系，确定所述前悬置与弹性中心直线距离和水平方向距离的夹角β与解耦安装角度和刚性比的预设关系，所述弹性中心为所述前悬置中左前悬置和右前悬置所构成弹性中心所在位置，所述解耦安装角度为满足RX向解耦要求时的前悬置的安装角度；

根据模态频率与夹角β的预设关系确定所述模态频率与所述解耦安装角度的预设关系；

对所述模态频率与所述解耦安装角度的预设关系求极值得出所述最值安装角度与所述刚度比的预设关系。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述前悬置的弹性中心位于扭矩轴上。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述实际安装角度的角度范围为0～π/4。

本发明还提供了前悬置和前横梁的布置结构，包括左纵梁和右纵梁，所述左纵梁和所述右纵梁之间固定有前横梁，所述前横梁上安装有前悬置，所述前悬置的安装角度为上述的所述的一种前悬置和前横梁的布置方法中的前悬置实际安装角度。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述前悬置的安装位置在高于所述左纵梁和所述右纵梁的安装位置，所述前悬置的安装位置位于所述左纵梁与所述右纵梁之间。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述前横梁通过螺栓与所述左纵梁和右纵梁固定连接。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述前横梁通过中空铸铝一体成型。

作为可选的，为了更好的实现本发明，所述前横梁上设有拥有将所述前悬置嵌入安装的嵌装孔。

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

本发明提供了一种前悬置和前横梁的布置方法，并通过该方法获得了前悬置处于RX向最大模态频率时的最值安装角度，从而实际设置前悬置安装位置时，使得前悬置的实际安装角度小于该最值安装角度，从而显著降低RX向模态频率，能提供优良的动力总成模态频率分布和解耦效果。同时，在确定了前悬置的安装角度之后，通过前悬置的安装角度确定前横梁的安装位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是动力总成坐标系；

图2是现有技术中前悬置的安装位置示意图；

图3是左前悬置和右前悬置的布置示意图；

图4是RX向模态频率关于θ的图像示意图；

图5是左前悬置的实际安装位置与现有安装位置的对照图；

图6是前悬置与发动机连接示意图

图7是前悬置和前横梁的布置示意图；

图8是前横梁的结构示意图；

图9是布置方法的流程图；

图10是使用本发明的布置方法之前的悬置***布置图；

图11是使用本发明的布置方法之后的悬置***布置图。

图中：1-动力总成；3-发动机；41-左纵梁；42-右纵梁；5-前副车架；61-左前悬置；62-右前悬置；7-前横梁；71-嵌装孔；72-连接孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，在纵置后驱的车型的动力总成1中，动力总成1扭矩轴与曲轴基本在一个平面内，左前悬置61和右前悬置62一般呈V形对称布置，并使悬置的弹性中心落在扭矩轴上，得以实现Y向振动、Z向振动和RX向振动完全解耦。这样结构的动力总成1建立的动力总成1坐标系如图1所示，a为左前悬置61所在位置、b为右前悬置62所在位置、c为后悬置所在位置，v为整车行驶方向，G为左前悬置61和右前悬置62所构成的弹性中心所在位置，X_TRA为扭矩轴，O为动力总成1的质心，G_pt为动力总成1坐标系原点(发动机3和变速器结合面的中心点)，Y向为驾驶室到副驾驶室所在方向，Z向为垂直于地面向上的方向，X向为整车行驶方向的反方向。RX向为绕X向，比如，如图1所示的过动力总成1的质心O绕X轴的方向。

如图2所示，现有的悬置***中，左前悬置61和右前悬置62均安装于前副车架5上。

研究发现，为兼顾耐久性能，悬置刚度不能太低；又因纵置动力总成1质量、惯量参数特点和左前悬置61、右前悬置62、后悬置的布置位置特点，导致重点关注的RX向(绕X向)模态频率一般为6阶刚体模态中的最大值，很容易超出“f_RX≤0.5*发动机3主激励阶次”的一般要求，从而影响整车NVH性能及舒适性。

实施例1：

如图9所示，本实施例提供了一种前悬置和前横梁7的布置方法，包括以下步骤：

S1：获取前悬置轴向与径向的刚度比L；前悬置的刚度比L在前悬置生产之后就已经确定，不同型号的前悬置的刚度比L不同。并且，左前悬置61和右前悬置62的刚度比L相同。

S2：基于刚度比L确定前悬置的最值安装角度θ_max，刚度比L与最值安装角度θ_max具有预设关系，最值安装角度θ_max为前悬置处于RX向最大模态频率时对应的安装角度；安装角度指的是安装左前悬置61或者右前悬置62时，左前悬置61的朝向或右前悬置62的朝向与Z轴的夹角。

其中，刚度比L与最值安装角度θ_max的预设角度的获取方法为：

第一：根据现有的前悬置到弹性中心的垂直方向距离、前悬置到弹性中心的水平方向距离与刚度比的满足RX向解耦要求的预设关系确定左前悬置61与弹性中心直线距离和水平方向距离的夹角β与前悬置解耦安装角度θ和刚性比的预设关系。解耦安装角度为满足RX向解耦要求时的前悬置的任意安装角度。

具体的，如图3所示，首先将左前悬置61a、右前悬置62b与弹性中心G建立平面坐标系，由于左前悬置61a和右前悬置62b对称布置且刚度比L相同，因此，只需单独算出左前悬置61或者右前悬置62的解耦安装角度θ度即可，以下以左前悬置61的解耦安装角度θ进行计算。

设定左前悬置61到弹性中心的垂直方向距离为A，左前悬置61到弹性中心的水平方向距离为B，左前悬置61与弹性中心G之间的直线距离为R，R所在直线与B所在直线之间夹角为β。

当RX完全解耦时，G位于扭矩轴上，左前悬置61到弹性中心的垂直方向距离、左前悬置61到弹性中心的水平方向距离与刚度比之间的预设关系为

根据该预设关系和β角与A和B三角函数关系的可以确定出β角与左前悬置61的刚度比的预设关系为

第二：根据模态频率f与夹角β的预设关系确定模态频率f与解耦安装角度的预设关系；

具体的，当RX完全解耦时，RX的模态频率f可认为：

其中K为悬置***绕扭矩轴的扭转刚度，J为动力总成1绕扭矩轴的转动惯量。

将K分解为悬置的朝向所在方向的分力K_v1和垂直于该分力的另一分力K_w1，由此可知，RX的模态频率f为：

第三，对模态频率f与解耦安装角度θ的预设关系求极值得出最值安装角度与刚度比的预设关系。

具体的，通过β角与左前悬置61的刚度比的预设关系对β角反解并带入模态频率f的公式中，得出

，再对其求极值，得出

其中i为虚数，θ取值范围为0～π/4。θ取值范围为0～π/4是因为θ_max为最值安装角度，所以大于θ_max或小于θ_max都能减小RX向模态频率，但是当θ大于θ_max时会使橡胶受剪程度增大，会恶化橡胶的耐久可靠性，同时当θ大于θ_max，在布置前悬置的安装位置时，需要将悬置点布置在下方和中部，甚至需要布置在副车架下方、动力总成几何内部，前悬置布置上也不可取，所以在实际应用时会选取小于θ_max的范围。又因为橡胶压应力要大于剪应力，如果安装角度大于π/4，剪应力会大于压应力，容易导致橡胶撕裂，因此最终确定θ取值范围为0～π/4。

RX模态频率f关于解耦安装角度θ的图像如图4所示，其中f值为HZ，θ值为rad。由此可知，RX解耦布置时，RX模态频率f在某一θ下最大，并且，此θ的最大值θ_max只与刚度比L相关，而与左前悬置61到弹性中心的竖直方向距离A、左前悬置61到弹性中心的水平方向距离B不相关。

在获得左前悬置61的刚度比L之后，可以得出θ_max的值，也就是左前悬置61的最值安装角度。

S3：基于左前悬置61的最值安装角度θ_max确定左前悬置61的实际安装角度γ，左前悬置61的实际安装角度γ小于左前悬置61的最值安装角度θ；这样，可以减少RX的模态频率f，以保证“f_RX≤0.5*发动机3主激励阶次”,确保优良的整车NVH性能。

在左前悬置61的实际安装角度γ确定之后，右前悬置62的实际安装角度也为γ。由于发动机3舱左前悬置61、右前悬置62布置空间有限，因此，需要在保持现有的前悬置的弹性中心G所在的位置不变的基础上，对左前悬置61的实际安装角度γ和位置进行调整，根据左前悬置61到弹性中心的竖直方向距离A、左前悬置61到弹性中心的水平方向距离B与左前悬置61的解耦安装角度θ之间的预设关系

由于需要使前悬置的实际安装角度γ小于前悬置的最值安装角度θ_max，因此，在减小左前悬置61的解耦安装角度θ之后，由于

在0<θ<π/4范围的前段为增函数，随着θ减小

也减小，又受制于副车架Z向、纵梁Y向的空间限制，只能将左前悬置61到弹性中心的竖直方向的距离A和左前悬置61到弹性中心的水平方向距离B均减小，且在竖直方向距离A减小和水平方向距离B过程中，使前悬置到弹性中心的竖直方向距离A的减小幅度大于前悬置到弹性中心的水平方向距离B的减小幅度，才能保证弹性中心G所在位置不会发生变化，同时达到显著减小RX模态频率f的目的。

S4：基于前悬置的实际安装角度γ确定前悬置在前横梁7上的安装位置。

如图5所示，由于左前悬置61的实际安装角度γ小于左前悬置61的最值安装角度θ_max，并且减小了左前悬置61到弹性中心的竖直方向的距离A、左前悬置61到弹性中心的水平方向距离B以及左前悬置61的解耦安装角度θ，因此，使得左前悬置61到弹性中心的直线距离与左前悬置61到弹性中心的水平方向距离之间的实际夹角δ小于现有技术中前悬置与弹性中心直线距离和水平方向距离的夹角β，左前悬置61到弹性中心G的实际安装距离r小于现有技术中左前悬置61到弹性中心G的距离R。

此时的左前悬置61和右前悬置62与前副车架5分离，处于悬空状态，因此，基于左前悬置61和右前悬置62的安装位置，设置一个前横梁7，前横梁7的两端与车身上的左纵梁41和右纵梁42连接，通过设置的前横梁7将实际安装位置确定之后的左前悬置61和右前悬置62固定在前横梁7上。

以下以现有的某高端自主SUV采用本发明的布置方法前后为例：

某高端自主SUV搭载3.0TV6发动机3+8AT变速箱，采用前纵置后驱，其动力总成1参数如下：

采用上述布置方法之前，悬置参数如下，此时L＝1.5，算得θmax，＝22°，而悬置倾角θ＝23°，接近θ_max，会导致f_RX偏大。

悬置***布置图如图10所示，图中■代表悬置点，●代表弹性中心，由该图可知，该悬置***中的弹性中心位于扭矩轴上。

悬置***模态频率分布及解耦率如下，怠速转速600rpm，主激励频率为30Hz，f_RX≥15HZ，不达标。

采用上述的布置方法之后，设计前横梁7结构，使悬置坐标移至如下位置，此时，δ＝12°，δ值远小于θ_max值。

采用上述布置方法之后悬置***布置图如图11，弹性中心仍然位于扭矩轴上，

悬置***模态频率分布及解耦率如下，RX≤15HZ，达标。

实施例2：

如图6至图8所示，本实施例提供了前悬置和前横梁7的布置结构，该动力总成1包括左纵梁41和右纵梁42，并且在左纵梁41和右纵梁42之间固定有前横梁7，前横梁7上安装有前悬置，前悬置包括左前悬置61和右前悬置62，左前悬置61和右前悬置62对称的安装于前横梁7上，并且左前悬置61距离左纵梁41的距离与右前悬置62距离右纵梁42的距离相等。

相比左、右前悬置62直接安装在前副车架5上，本发明也切断了通过悬架、前副车架5直接传递搭配动力总成1的路面激励、也避免了25Hz左右的悬架固有频率、150Hz～200Hz的前副车架5固有频率所可能产生的共振问题。

前横梁7主体部分与左纵梁41和右纵梁42垂直，可根据实际空间布置限制做适应性设计。

前悬置的实际安装角度通过实施例1的布置方法确定，需保证前悬置的实际安装角度小于前悬置的最值安装角度即可。在确定了左前悬置61或者右前悬置62的实际安装位置之后，由于左前悬置61和右前悬置62对称设置，也就确定了右前悬置62的实际安装位置。

前悬置的实际安装位置高于左纵梁41和右纵梁42的安装位置，前悬置的安装位置位于左纵梁41与右纵梁42之间。

据权利要求6的前悬置和前横梁7的布置结构，其特征在于：前悬置包括左前悬置61和右前悬置62，左前悬置61和右前悬置62对称的安装于前横梁7上。

如图7和图8所示，前横梁7通过中空铸铝一体成型，前横梁7采用中空铸铝结构，有较高的模态，连接车身纵梁同时直接连接左、右前悬置62，提高了左前悬置61和右前悬置62安装点的动刚度，也更利于提升悬置支架的整车模态。

如图8所示，前横梁7上设有拥有将前悬置嵌入安装的嵌装孔71。前横梁7的两端设有连接孔72。将前悬置嵌入式安装在前横梁7上也更利于整体模态。

安装时，将前横梁7的两端分别通过螺栓穿过所述连接孔72后与左纵梁41和右纵梁42固定连接，再将左前悬置61和右前悬置62分别安装在对应的嵌装孔71中，之后再将悬置支架安装至动力总成1上，再将动力总成1通过悬置支架与左前悬置61和右前悬置62进行装配连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种前悬置和前横梁的布置方法，其特征在于，包括：

获取所述前悬置轴向与径向的刚度比；

基于所述前悬置的实际安装角度确定所述前悬置在前横梁上的安装位置；

其中，所述刚度比与所述最值安装角度的预设关系为：

2.根据权利要求1所述的一种前悬置和前横梁的布置方法，其特征在于：所述刚度比与所述最值安装角度的预设关系的获取方法为：

3.根据权利要求2所述的一种前悬置和前横梁的布置方法，其特征在于：所述前悬置的弹性中心位于扭矩轴上。

4.根据权利要求1所述的一种前悬置和前横梁的布置方法，其特征在于：所述实际安装角度的角度范围为0～π/4。

5.前悬置和前横梁的布置结构，其特征在于：包括左纵梁和右纵梁，所述左纵梁和所述右纵梁之间固定有前横梁，所述前横梁上安装有前悬置，所述前悬置的安装角度为权利要求1-4任一项所述的一种前悬置和前横梁的布置方法中的前悬置实际安装角度。

6.根据权利要求5所述的前悬置和前横梁的布置结构，其特征在于：所述前悬置的安装位置高于所述左纵梁和所述右纵梁的安装位置，所述前悬置的安装位置位于所述左纵梁与所述右纵梁之间。

7.根据权利要求5所述的前悬置和前横梁的布置结构，其特征在于：所述前横梁通过螺栓与所述左纵梁和右纵梁固定连接。

8.根据权利要求5所述的前悬置和前横梁的布置结构，其特征在于：所述前横梁通过中空铸铝一体成型。

9.根据权利要求5所述的前悬置和前横梁的布置结构，其特征在于：所述前横梁上设有拥有将所述前悬置嵌入安装的嵌装孔。