为什么要研究汽车动力总成悬置结构设计方法？

随着汽车行业竞争的加剧，汽车产品的开发需要兼顾成本与周期，各种高效、低成本的设计方法已成为重要的研发手段。仿真技术作为常用的设计方法，能有效缩短产品设计周期、提高产品性能和减少昂贵样件试制次数 。 

汽车动力总成悬置（简称悬置）作为连接发动机与车架的弹性部件，其性能直接影响汽车的操纵稳定性和平顺性。悬置各向刚度是影响悬置性能的主要因素之一，为了使悬置各向刚度符合设计要求，需要对悬置中的橡胶区域进行优化设计，这是悬置设计的重点和难点。目前国外厂家采用多次迭代优化实现产品结构设计，而国内厂家主要通过产品性能试验不断修改悬置结构以满足设计要求。因此，提升设计能力已成为悬置结构研究的重点工作。 

本工作以某汽车悬置为研究对象，采用仿真技术对其结构进行优化设计，得到三向刚度符合要求且应力较低的悬置结构。

1

悬置

结构设计要求

本工作前期完成了悬置固有频率和解耦率的匹配优化 ，提取悬置三向（弹性主轴x，y和z向）线性刚度，其x，y和z向线性刚度分别为125，213和65 N·mm

-1

。 

为满足车架和动力总成支架的设计空间，悬置结构如图1所示，其中悬置外套与动力总成支架固定连接，悬置芯子与车架固定连接，两者通过橡胶主簧实现连接，可有效隔离由动力总成激励引起的车架或车身的振动和噪声。橡胶主簧采用Yeoh模型的橡胶材料，其材料参数C

10

，C

20

和D

1

分别为0.60，0.03和3.30×10

-4

。

2

悬置结构设计

根据悬置结构技术要求，对其进行包括拓扑优化、参数优化、形状优化及限位设计的设计方法研究，具体设计流程如图2所示。

2. 1 

拓扑优化

在产品设计前期，运用拓扑优化方法可以得到合理的悬置材料布局，为悬置结构设计提供概念方案。 

2. 1. 1 

数学模型

连续体拓扑优化的方法主要有变密度、变厚度和均匀化方法。本工作采用变密度方法展开拓扑优化设计，其基本思路是引入一种相对密度为0～1的材料，将连续结构体离散为有限元模型后，以每个单元的密度为设计....