CN104417355B - 车辆动力传动系安装系统及其设计方法 - Google Patents

车辆动力传动系安装系统及其设计方法 Download PDF

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Abstract

一种用于车辆动力传动系的动力传动系安装系统包括第一动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第一静态刚度渐变变化率。安装系统还包括第二动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第二静态刚度渐变变化率。通过在第一和第二动力传动系安装件处的相应位移的静平衡扭矩平衡方程，第一静态刚度渐变变化率与第二静态刚度渐变变化率相关。静平衡扭矩平衡方程部分基于第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。一种设计动力传动系安装系统的方法确定负载下第一和第二静态刚度渐变变化率，以实现高效能量管理。

Description

车辆动力传动系安装系统及其设计方法
技术领域
本申请大致包括设计车辆动力传动系安装系统的方法，以及根据该方法设计的动力传动系安装系统。
背景技术
车辆动力传动系通常包括动力源，诸如发动机，并包括变速器，变速器将来自动力源的功率提供至轮子。动力传动系安装系统用于将动力传动系安装至车辆结构构件，诸如发动机架。安装元件可包括弹性安装件，通常包括橡胶部分。在一些动力传动系布置中，安装系统可包括支柱，其结合了橡胶元件的液压阻尼和弹性变形，以反抗动力传动系的扭矩负载。
发明内容
提供了一种动力传动系安装系统，其利用用于在动态负载下的安装件静态刚度的渐变性规格(graduality specification)，且根据使用所述渐变性规格的方法设计，从而动力传动系安装系统的旋转刚度被平衡。具体地，一种用于车辆动力传动系的动力传动系安装系统包括第一动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第一静态刚度渐变变化率(gradual rate of change of static stiffness)。安装系统还包括第二动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第二静态刚度渐变变化率。通过在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程，第一静态刚度渐变变化率与第二静态刚度渐变变化率相关。静平衡扭矩平衡方程基于第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
一种设计动力传动系安装系统的方法，包括选择用于第一动力传动系安装件的负载下第一静态刚度渐变变化率。第一动力传动系安装件的第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率。第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率，动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载。可选地，第一静态刚度渐变变化率可还包括第三静态刚度平均变化率，其高于第二刚度平均变化率，且发生在动态负载的第三范围内。第三范围内的负载大于第二范围内的负载。
所述方法包括，基于至少第一和第二动力传动系安装件的空间布置、在位于至少第一和第二动力传动系安装件处相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程中使用被选择的第一静态刚度渐变变化率来确定用于第二动力传动系安装件的相应负载下第二静态刚度渐变变化率。在所述方法下，动力传动系安装系统则设置为具有第一动力传动系安装件，其具有第一静态刚度渐变变化率，和第二动力传动系安装件，其具有对应的第二静态刚度渐变变化率的。由于第二动力传动系安装件的第二静态刚度渐变变化率基于扭矩平衡方程，因此动力传动系安装系统的旋转刚度被平衡，得到平衡的位移，以最小化动力传动系的重心处的运动。
本方法下提供的动力传动系安装系统管理动力传动系运动的能量，以减少动力传动系安装件中的负载，同时限制安装件中的刚度用于噪音和振动隔离，诸如在动态负载的第一范围内。动力传动系、动力传动系安装件和动力传动系支撑结构(诸如车身或底盘)的更高效(即，更轻)的结构可因此是可行的。在动态负载的更大范围上对瞬时负载输入(诸如移库)响应的改进的动力传动系和特别的动力传动系安装系统(诸如三点摆式(pendular)安装系统)的利用可以是可行的。已知动力传动系安装系统的部件被设计(即，“调整”)有负载挠曲特性，而特征是没有如这里披露的渐变性规格，且因此不能强调在一些范围内的动力传动系的噪音和振动的隔离，以及在其他范围内(诸如可在车辆加速期间发生的动力传动系的滚动或倾斜期间)动力传动系行程的约束(如根据这里披露的方法涉及的动力传动系安装系统可实现的)。这里披露的设计有渐变性规格的安装系统将在管理动态扭矩负载时更高效。该方法适于具有根据反抗动力传动系扭矩的动力传动系安装件的空间布置的不同动力传动系安装系统的不同动力传动系。
根据这里披露的方法而设计的动力传动系安装系统在管理由于瞬时振荡扭矩负载输入(例如：移库、发动机起动-停止、油门压下/抬起等)引起的动力传动系的动能时是高效的。第一和第二安装件的刚度的渐变性规格提供系统中的伪阻尼(pseudo damping)，这是由于连续变化的动力传动系中性共振频率，而不需要液压阻尼器的更高分量。
根据本发明的一个方面，提供一种设计用于车辆动力传动系的动力传动系安装系统的方法，所述动力传动系安装系统具有多个动力传动系安装件，包括第一动力传动系安装件和第二动力传动系安装件，所述动力传动系安装件具有相对于动力传动系的空间布置；所述方法包括：
选择用于第一动力传动系安装件的负载下第一静态刚度渐变变化率；其中，第一动力传动系安装件的第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率；其中，第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率；其中动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载；
基于至少第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置，在位于至少第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程中，使用被选择的第一静态刚度渐变变化率来确定用于第二动力传动系安装件的对应的负载下的第二静态刚度渐变变化率；和
提供具有当在负载下时呈现第一静态刚度渐变变化率的第一动力传动系安装件和当在负载下时呈现对应的第二静态刚度渐变变化率的第二动力传动系安装件的动力传动系安装系统。
优选地，在所述方法中，第一动力传动系安装件的第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第三范围中的第三静态刚度平均变化率；其中，第三静态刚度平均变化率大于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第三范围内的负载高于动态负载的第二范围内的负载。
优选地，在所述方法中，第一静态刚度渐变变化率是第一动力传动系安装件满足预定车辆隔离需求的最大率；且其中，第三静态刚度渐变变化率是第一动力传动系安装件的位移保持低于预定总位移的最小率。
优选地，在所述方法中，动力传动系安装系统是三点摆式安装系统；其中，第一动力传动系安装件是后扭矩支柱；其中，第二动力传动系安装件是第一侧变速器安装件；其中，动力传动系安装件还包括第二侧发动机安装件，其具有负载下第三静态刚度渐变变化率；且其中，第三静态刚度渐变变化率通过静平衡扭矩平衡方程与第一静态刚度渐变变化率和第二静态刚度渐变变化率相关。
优选地，在所述方法中，动力传动系安装系统是中性扭矩轴线、四点动力传动系安装系统；其中，第一动力传动系安装件是前扭矩反抗安装件；其中，第二动力传动系安装件是后扭矩反抗安装件；其中，动力传动系安装件还包括第一侧变速器安装件和第二侧发动机安装件；其中，静平衡扭矩平衡方程仅包括在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩；且其中，静平衡扭矩平衡方程仅基于第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
优选地，在所述方法中，动力传动系安装系统是后轮驱动动力传动系安装系统，其具有第一侧发动机安装件、第二侧发动机安装件、和后变速器安装件；且其中，第一动力传动系安装件是第一侧安装件和第二侧安装件中的一个，第二动力传动系安装件是第一侧安装件和第二侧安装件中的另一个。
根据本发明的另一方面，提供一种用于车辆动力传动系的动力传动系安装系统，包括：
第一动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第一静态刚度渐变变化率；
第二动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第二静态刚度渐变变化率；
其中，通过在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程，第一静态刚度渐变变化率与第二静态刚度渐变变化率相关；且其中，静平衡扭矩平衡方程基于第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
优选地，其中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率；其中，第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载；
优选地，其中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第三范围中的第三静态刚度平均变化率；其中，第三静态刚度平均变化率大于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第三范围内的负载高于动态负载的第二范围内的负载。
优选地，其中，第一静态刚度渐变变化率包括在增加的动态负载的不同范围中增加的静态刚度平均变化率；且其中，第二静态刚度渐变变化率包括在增加的动态负载的所述不同范围中的其他增加的静态刚度平均变化率。
优选地，其中，动力传动系安装系统是三点摆式安装系统；其中，第一动力传动系安装件是后扭矩支柱；其中，第二动力传动系安装件是左侧变速器安装件；其中，动力传动系安装件还包括右侧发动机安装件，其具有负载下第三静态刚度渐变变化率；且其中，第三静态刚度渐变变化率通过静平衡扭矩平衡方程与第一静态刚度渐变变化率和第二静态刚度渐变变化率相关。
优选地，其中，动力传动系安装系统是中性扭矩轴线、四点动力传动系安装系统；其中，第一动力传动系安装件是前扭矩反抗安装件；其中，第二动力传动系安装件是后扭矩反抗安装件；其中，动力传动系安装件还包括左侧变速器安装件和右侧发动机安装件；其中，静平衡扭矩平衡方程仅包括在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩；且其中，静平衡扭矩平衡方程基于仅第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
优选地，其中，动力传动系安装系统是后轮驱动动力传动系安装系统，其具有左侧发动机安装件、右侧发动机安装件、和后变速器安装件；且其中，第一动力传动系安装件是左侧发动机安装件和右侧发动机安装件中的一个，第二动力传动系安装件是左侧发动机安装件和右侧发动机安装件中的另一个。
根据本发明的再一方面，提供一种车辆，包括：
动力传动系；
动力传动系支撑结构；
动力传动系安装件，将动力传动系附连至动力传动系支撑结构；
其中，动力传动系安装件包括当在负载下时呈现第一静态刚度渐变变化率的第一动力传动系安装件，和当在负载下时呈现第二静态刚度渐变变化率的第二动力传动系安装件；
其中，第一静态刚度渐变变化率与第二静态刚度渐变变化率通过在至少第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程而相关；且其中，静平衡扭矩平衡方程基于至少第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
优选地，在所述车辆中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率；其中，第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载；
优选地，在所述车辆中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第三范围中的第三静态刚度平均变化率；其中，第三静态刚度平均变化率大于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第三范围内的负载高于动态负载的第二范围内的负载。
优选地，在所述车辆中，第一静态刚度渐变变化率是第一动力传动系安装件满足预定车辆隔离需求的最大率；且其中，第三静态刚度渐变变化率是第一动力传动系安装件的位移保持低于预定总位移的最小率。
优选地，在所述车辆中，动力传动系安装系统布置为三点摆式安装系统；其中，第一动力传动系安装件是后扭矩支柱；其中，第二动力传动系安装件是左侧变速器安装件；其中，动力传动系安装件还包括右侧发动机安装件，其具有负载下第三静态刚度渐变变化率；且其中，第三静态刚度渐变变化率通过静平衡扭矩平衡方程与第一静态刚度渐变变化率和第二静态刚度渐变变化率相关。
优选地，在所述车辆中，动力传动系安装件布置为中性扭矩轴线、四点动力传动系安装系统；其中，第一动力传动系安装件是前扭矩反抗安装件；其中，第二动力传动系安装件是后扭矩反抗安装件；其中，动力传动系安装件还包括左侧变速器安装件和右侧发动机安装件；其中，静平衡扭矩平衡方程仅包括在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩；且其中，静平衡扭矩平衡方程基于仅第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
优选地，在所述车辆中，动力传动系安装件布置为后轮驱动动力传动系安装系统，其具有左侧发动机安装件和右侧发动机安装件；且其中，第一动力传动系安装件是左侧发动机安装件和右侧发动机安装件中的一个，第二动力传动系安装件是左侧发动机安装件和右侧发动机安装件中的另一个。
本教导的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本教导的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
附图说明
图1是车辆的第一实施例的一部分的示意性局部透视图，车辆具有动力传动系的第一实施例(以虚影示出)，所述动力传动系具有动力传动系安装系统的第一实施例；
图2是针对图1的动力传动系安装系统的第一动力传动系安装件的、以牛顿每毫米(N/mm)计的刚度对以牛顿(N)计的力的表示曲线图；
图3是图1的动力传动系安装系统的示意性扭矩平衡图；
图4是车辆的第二实施例的一部分的示意性局部透视图，车辆具有动力传动系的第二实施例(以虚影示出)，所述动力传动系具有动力传动系安装系统的第二实施例；
图5是图4的动力传动系安装系统的示意性扭矩平衡图；
图6是车辆的第三实施例的一部分的示意性局部透视图，车辆具有动力传动系的第三实施例(以虚影示出)，所述动力传动系具有动力传动系安装系统的第三实施例；
图7是图6的动力传动系安装系统的示意性扭矩平衡图；
图8是设计图1-7的动力传动系安装系统的方法的流程图；
图9是图1的动力传动系安装系统的第一动力传动系安装件的示意性平面图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件，图1示出车辆10的一部分，其包括以虚线示出的动力传动系12。在所示实施例中，动力传动系12包括发动机14，发动机14驱动地连接至变速器16。在其他实施例中，动力传动系可不具有发动机或变速器。例如，替代发动机或除了发动机之外，动力传动系可使用电马达。动力传动系安装系统18相对于承载负载的车辆支撑结构支撑动力传动系12，所述承载负载的车辆支撑结构诸如车身19和车辆底盘，其包括发动机架20。动力传动系12是横向取向的动力传动系，且动力传动系安装系统18是三点摆式安装系统。
动力传动系安装系统18包括第一动力传动系安装件22，这里也称为后扭矩支柱22。动力传动系安装系统18还包括第二动力传动系安装件24，这里还称为第一侧变速器安装件24或左侧变速器安装件24。动力传动系安装系统18包括第二侧发动机安装件26，这里也称为右侧发动机安装件26。后扭矩支柱22、左侧变速器安装件24、和右侧发动机安装件26在空间布置28中相对于彼此和相对于动力传动系22的重心CG布置。更具体地，动力传动系12具有扭矩翻滚轴线T1，该轴线穿过重心CG。虚拟线V1延伸通过左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26的弹性体部分27、29的弹性中心EC1和EC2。另一虚拟线V2延伸通过后扭矩支柱22的衬套32(关于图9示出和讨论)的弹性体部分和衬套34的弹性体部分33的弹性中心EC3和EC4。距离S1是从虚拟线V1至扭矩翻滚轴线T1，距离S2是从虚拟线V2至扭矩翻滚轴线T1。两个距离S1和S2均是沿与虚拟线V1、V2交叉的垂直线(即，沿Z轴线)进行的测量值。
动力传动系安装系统18根据以图8中的流程图示出且关于图8被详细描述的方法500设计。在方法500下，第一动力传动系安装件，即，后扭矩支柱22，设计有“渐变刚度”规格。在这里使用时，“渐变刚度”规格是在动态负载下沿给定方向的静态刚度渐变变化率。更具体地，如图2的曲线图100中所示，当处在具体为在不同动态负载区域中的静态刚度平均率102的负载下，后扭矩支柱22呈现“静态刚度渐变变化率”，所述静态刚度平均率102以牛顿每毫米(N/mm)对每牛顿计，静态负载104以牛顿(N)计。不同负载区域与作为动力传动系12绕车辆Y轴线的扭矩的结果的动态负载相关联。负载区域Z1和ZA包括的事件如：车辆巡航；低和高加速度操纵；在水平或倾斜地面上的车辆怠速；以及动力传动系12的瞬时条件，包括起动/停止事件、钥匙接通/钥匙切断事件、移库、和加速度踏板的压下和抬起。负载区域Z2和ZB包括的事件如：粗糙道路上的加速或减速，滑的或砂石道路上的加速或减速，或导致车辆驱动车轴的过度振动的类似事件。负载区域Z3和ZC包括的事件如：在高发动机速度和/或变速器齿轮的突然转换下的强烈动力传动系操作。
表I列出了与图2的曲线图102对应的第一动力传动系安装件22针对不同负载管理区域的静态刚度变化率(即，以(N/mm)/N计的平均渐变刚度)，所述区域由第一动力传动系安装件上的以牛顿(N)计的相关力描述。图2和表I中的数值仅作为非限制性例子，且不同的适当刚度渐变变化率以及不同负载区域(即，动态负载范围)可在本发明的范围内被选择，只要被选择的负载区域和刚度的渐变变化率落入表I中所列的预定极限内即可，以便确保动力传动系安装系统18提供高效的能量管理。还应意识到，这里描述的动力传动系安装系统仅作为非限制性例子。这里披露的设计动力传动系安装系统的方法和渐变刚度规格可容易地应用于带有具有与这里所示的空间布置不同的其他空间布置的安装件的动力传动系安装系统。表I中所示的值等同地应用于所有这样的横向取向的动力传动系安装系统，以及这里具体描述的横向取向的动力传动系安装系统(即，动力传动系安装系统18和318)。用于纵向取向的动力传动系安装系统的值可在本发明的范围内选择，只要被选择的负载管理区域和刚度渐变变化率落入表I中所列的预定极限内即可。
表I
图2示出，后扭矩支柱22在来自正扭矩的负载下在三个对应的负载区域中具有三个不同的静态刚度平均增加率，所述来自正扭矩的负载引起负载P1x和P2x。负载在动力传动系安装件22、24、26上沿前后方向(车辆10的纵向X轴线方向)，且对于动力传动系12的正扭矩负载施加来说(在图1中沿正Y轴线看时，该扭矩时沿顺时针方向的扭矩)由于动力传动系12绕车辆Y轴线的动态扭矩造成。动力传动系安装件24、26一起在距扭矩翻滚轴线T1的距离S1处反抗动力传动系12的第一轴向负载P1x。后扭矩支柱22在距扭矩翻滚轴线T1距离S2处反抗动力传动系12的第二轴向负载P2x。后扭矩支柱22构造有，在从0至7000N的动态负载的第一范围Z1中的第一静态刚度平均变化率ΔK1，在从7000N至14500N的动态负载的第二范围Z2中的第二静态刚度平均变化率ΔK2，和在大于14500N的动态负载的第三范围Z3中的第三静态刚度平均变化率ΔK3。注意到，在每一个负载区域Z1、Z2、Z3中的静态刚度实际变化率不是线性的，且静态刚度平均变化率ΔK1、ΔK2和ΔK3是这些区域中的变化率的线性平均值。
此外，图2示出后扭矩支柱22在来自负扭矩(即，在与所示相反的方向上引起负载P1x和P2x的扭矩)的负载下在三个对应的负载区域ZA、ZB、ZC中具有三个不同的静态刚度平均增加率，其中负载沿前后方向(车辆10的纵向X轴线方向)施加在动力传动系安装件22、24、26上，且对于动力传动系12的负扭矩负载施加来说，负载由于动力传动系12绕车辆Y轴线T1的动态扭矩造成，在图1中沿正Y轴线看时，该扭矩是沿逆时针方向的扭矩。后扭矩支柱22构造有，在从0至-600N的动态负载的第一范围ZA中的第一静态刚度平均变化率ΔKA，在从-600N至-7000N的动态负载的第二范围ZB中的第二静态刚度平均变化率ΔKB，所述动态负载的第二范围具有大于动态负载的第一范围中的负载的绝对值，和在大于-7000N的动态负载的第三范围ZC中的第三静态刚度平均变化率ΔKC，所述动态负载的第三范围具有大于动态负载的第二范围的绝对值。在每一个负载区域ZA、ZB、ZC中的静态刚度实际变化率不是线性的，且静态刚度平均变化率ΔKA、ΔKB和ΔKC是这些区域中的变化率的线性平均值。
如在图2中示出的，由于第一静态刚度平均变化率ΔK1小于第二静态刚度平均变化率ΔK2，第二静态刚度平均变化率ΔK2小于第三静态刚度平均变化率ΔK3，动态负载下静态刚度平均变化率随动态负载的绝对值增加而增加。此外，针对沿逆时针方向的扭矩的第一静态刚度平均变化率ΔKA的绝对值小于第二静态刚度平均变化率ΔKB的绝对值，第二静态刚度平均变化率ΔKB的绝对值小于第三静态刚度平均变化率ΔKC的绝对值。动态负载的第一范围Z1称为“可行性负载区域(pleasability loads zone)”，因为，刚度102和第一静态刚度平均变化率ΔK1具体被选择为较低以用于较低动态负载下的最佳乘客舒适度。可行性区域可还包括用于由于相反方向的扭矩而造成的动态负载的第一范围ZA。动态负载的第二范围Z2包括相对经常经历的中度负载。动态负载的第三范围Z3包括甚至相对很极端的负载。此外，动态负载的范围ZB和ZC被视为负载管理区域，具有相对更高但有限的静态刚度平均变化率。但是，在第二负载区域Z2中后扭矩支柱22的第二静态刚度平均变化率ΔK2和刚度102，以及在第三负载区域Z3中后扭矩支柱22的第三静态刚度平均变化率ΔK3和刚度102，渐渐高于可行性区域中的第一静态刚度平均变化率ΔK1，以使得动力传动系安装系统18能够管理动力传动系12的动能，且因此减少动力传动系安装件22、24、26上的负载施加，同时限制安装件中的总位移。
后扭矩支柱22可设计为以多种不同方式提供静态刚度渐变变化率，诸如通过提供图9中所示的扭矩支柱22的主弹簧元件31C和缓冲弹性体元件31A、31B、31C、31D和31E的形状、布置、尺寸、和材料性质。衬套34的弹性体部分安装至安装结构35和金属插件37且在它们之间延伸。弹性体缓冲元件31A和31E安装至安装结构35，并面向安装至金属插件39的相应弹性体缓冲元件31B、31D。主弹簧弹性体元件31C安装至金属插件39和安装结构35且在它们之间延伸。扭矩支柱的布置仅作为例子，其他的衬套34和32可变地附连至动力传动系和底盘结构的布置是可行的。
现在参考图8，在方法500下，在步骤502中，动力传动系安装系统被选择，其包括安装件相对于动力传动系的数量和空间布置。接下来，在步骤504中选择动力传动系安装件中的第一个的渐变性规格。换句话说，在步骤504中，动态负载下第一静态刚度渐变变化率被选择用于动力传动系安装件中的第一个。动力传动系安装件中的哪一个用作具有被选择的第一静态刚度渐变变化率的第一动力传动系安装件取决于在步骤502中被选择的动力传动系安装系统。例如，在图1的摆式安装系统18中，后扭矩支柱22是第一动力传动系安装件，第一静态刚度渐变变化率是渐变的静态刚度平均变化率ΔK1、ΔK2和ΔK3。第一静态刚度渐变变化率还包括渐变的静态刚度平均变化率ΔK1、ΔK2和ΔK3。
方法500则包括步骤506，确定用于至少动力传动系系统的第二动力传动系安装件的对应的在动态负载下的静态刚度渐变变化率。哪个动力传动系安装件被视为第二动力传动系安装件取决于在步骤502中被选择的动力传动系安装系统。例如，如果摆式安装系统18被选择，则第二动力传动系安装件将是左侧变速器安装件24或右侧发动机安装件26中的任一个。出于讨论的目的，图1的左侧变速器安装件24将被视为用于摆式动力传动系安装系统18的第二动力传动系安装件。如在此讨论的，左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26的组合X-刚度(X-stiffness)平衡后扭矩支柱22的X-刚度。
在步骤506中，在左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26的负载下的组合第二静态刚度渐变变化率基于至少第一和第二动力传动系安装件22、24相对于动力传动系12的空间布置、在位于第一和第二动力传动系安装件22、24处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程中使用被选择的第一静态刚度渐变变化率而被确定。左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26的单独的静态刚度可从左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26的组合静态刚度确定。图3示出动力传动系重心CG位于虚拟线V2的垂直平面中的理想状态。图3示出力P1x和P2x的曲线图200，力P1x在距如上所述的扭矩翻滚轴线T1为虚拟线V1距离S1处被组合负载承载安装件(即，左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26一起)反抗，力P2x在距如上所述的扭矩翻滚轴线T1的虚拟线V2距离S2处被扭矩支柱22反抗。沿Y轴线在顺时针方向上的扭矩T产生力P1x和力P2x，它们处于恒定静平衡，且因此P1x大小等于P2x。在本教导中，组合刚度K1以常量因子(S2/S1)与扭矩支柱轴向刚度K2成比例。因此，轴向静态刚度K1、K2的以下关系得出：
K1＝K2(S2/S1)；其中K1是对于给定动力传动系12的在距离S1处沿x-方向的组合负载承载安装件24、26轴向静态刚度。
如在图3中示出的，对应于力P1x的位移D1等于P1x/K1(即，D1＝P1x/K1)，对应于力P2x的位移D2等于P2x/K2(即，D2＝P2x/K2)。该结果得出D1＝D2(S1/S2)。换句话说，在扭矩T下动力传动系12的运动使得旋转中心总是在动力传动系12的重心CG处或靠近重心CG。在动力传动系12的重心CG处避免平移，这直接使得在安装件22、24、26处的沿前/后方向的动态力减少。
图1中的动力传动系安装系统18的三维空间布置的图示表示和图3中扭矩平衡方程的曲线图200是动力传动系安装系统18的物理学简化。包括动态力平衡和/或其他规格的其他特定扭矩平衡方程可替代地用于确定S1、S2、和静态刚度K1、K2之间的对应关系。例如，在图1中，重心CG沿扭矩翻滚轴线T1下降，但从通过后扭矩支柱22的X-Z平面(即，包括虚拟线V2且垂直延伸的平面)偏移。为了简化，扭矩翻滚轴线T1可替代地当作通过重心CG的沿Y方向的水平线，且距离S1、S2可垂直于V1和V2以及通过这样的替代水平线而计算。图3的二维扭矩平衡曲线图200利用了将扭矩翻滚轴线T1当作通过重心CG的水平线的该简化。重心CG从通过虚拟线V1的X-Z平面的偏移相对较小，因此，由于该简化造成的相关联的被计算刚度K1、K2以及距离S1和S2的任何误差将相对较小，且在任何情况下可通过系统模拟和车辆上进行的测量被修正。在图3的扭矩平衡曲线图200中做的另一简化假设是后扭矩支柱22的刚度K2沿车辆10的X轴线。刚度K2可替代地沿后扭矩支柱22的轴线，其至少在X-方向具有分量，但可以不完全水平。
上述公式中的后扭矩支柱22的刚度，还示出为刚度102(图2中所示)，将根据负载104和根据在后扭矩支柱22的负载下的第一静态刚度渐变变化率来变化(即，后扭矩支柱22具有第一渐变性规格)。一旦在后扭矩支柱22的负载下的第一静态刚度渐变变化率在步骤504中被选择，负载承载安装件(左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26)的对应的组合静态刚度K1从图3的静平衡曲线图200已知。左侧变速器安装件24的对应静态刚度则根据左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26的被选择的关系而知道。例如，如果左侧变速器安装件24和右侧发动机安装件26每个均等同地反抗扭矩负载，则每个可被设计为具有由以上扭矩平衡方程得到的组合静态刚度K1的一半(即，K1/2)。则有必要的是，根据针对图2中所示的每一个刚度值102的K1/2的比例，将在图2的同一负载区域上用于左侧变速器安装件24的负载下第二静态刚度渐变变化率关联于静态刚度平均变化率ΔK1、ΔK2和ΔK3。
一旦用于第一动力传动系安装件(例如，后扭矩支柱22)的负载下第一静态刚度渐变变化率在步骤504中被选择，且用于第二动力传动系安装件(例如，左侧变速器安装件24)的对应的动态负载下第二静态刚度渐变变化率在步骤506中被确定，则具有呈现负载下第一静态刚度渐变变化率的后扭矩支柱22和具有呈现动态负载下第二对应静态刚度渐变变化率的左侧变速器安装件24的动力传动系安装系统18可在步骤508中提供有具有关于图1和3描述的被选择的空间布置的扭矩支柱22、左侧变速器安装件24、和右侧发动机安装件26。动力传动系安装系统18可在步骤510中根据关于图1和3描述的空间布置安装在车辆10上。应意识到，动力传动系安装件22、24、26沿其他方向(诸如沿Y轴线(车辆的横向)或Z轴线(相对于前后的X轴线为上下))的刚度不需要在方法500下的渐变，且可根据任何适当方法确定。
图4示出具有动力传动系312的车辆310。在所示实施例中，动力传动系312具有发动机314和变速器316(仅以虚影示意性地示出)，它们通过动力传动系安装系统318安装至负载承载车辆支撑结构，诸如车身319，且安装至车辆底盘，其包括发动机架320。在其他实施例中，动力传动系可不具有发动机或变速器。例如，替代发动机或除了发动机之外，动力传动系可使用电马达。动力传动系安装系统318包括后扭矩反抗安装件322、前扭矩反抗安装件323、左侧变速器安装件324和右侧发动机安装件326。动力传动系312是横向取向的动力传动系，且动力传动系安装件322、323、324、326以空间布置328布置，其被视为中性扭矩轴线、四点动力传动系安装系统318。
动力传动系安装系统318可根据图8的方法500设计。例如，在步骤502中，中性扭矩轴线、四点动力传动系安装系统318被选择。在步骤504中，后扭矩安装件322被选择为第一动力传动系安装件，其沿Z方向具有在动态负载下具有第一静态刚度渐变变化率的渐变性刚度规格。被选择的动态负载范围可与图2和表I中的负载区域Z1、Z2、Z3和ZA、ZB、ZC相同或不同。后扭矩安装件322的轴向静态刚度平均变化率可与图2中所示的相同，或可选择不同数值，只要后扭矩安装件322的静态刚度平均变化率随着负载区域中的负载范围的大小的绝对值增加而增加，且表I的预定极限被满足即可。
图5示出扭矩平衡曲线图200A，其是来自动力传动系312绕车辆310的Y轴线沿顺时针方向的驱动车轴扭矩的动态负载下，在后扭矩反抗安装件322上的沿正Z方向的轴向负载P2Z和在前扭矩反抗安装件323上的沿负Z方向的轴向负载P1Z的简化。参考图4，S1是一垂直平面中前扭矩反抗安装件323的弹性中心EC6和扭矩翻滚轴线T2之间的距离，所述垂直平面延伸分别通过后扭矩反抗安装件322和前扭矩反抗安装件323的弹性中心EC5、EC6。S2是在延伸通过弹性中心EC5、EC6的同一平面中后扭矩反抗安装件322的弹性中心EC5和扭矩翻滚轴线T2之间的距离。图5的曲线图200A表示该布置。替换地，距离S1和S2可在分别通过前和后扭矩反抗安装件323、322的弹性中心EC5、EC6但垂直于扭矩翻滚轴线T2的平面中测量，而不是在垂直平面中测量。
如关于图1和2所述的，图4中的动力传动系安装系统318的重心CG可实际上从垂直平面有位移。为了简化，扭矩翻滚轴线T2可替代地被当作通过重心CG的沿Y方向的水平线。图5的二维扭矩平衡曲线图200A利用了将扭矩翻滚轴线T2当作通过重心CG的水平线的这种简化。重心CG从通过弹性中心EC5、EC6的垂直平面的偏移相对较小，因此，由于该简化造成的相关联的被计算刚度K1、K2以及距离S1和S2的任何误差将相对较小，且在任何情况下可通过系统模拟和车辆上进行的测量被修正。在图5的扭矩平衡曲线图200A中做的另一简化假设是刚度K1和K2沿车辆Z轴线的方向。刚度K2、K2可替代地视为沿每一个对应安装件323、322的本地Z轴线，其通常称为“聚焦角度”且优选地不与车辆Z轴线对准。再次，任何与该简化相关联的误差可通过系统模拟和在车辆上的测量而修正。
在步骤506中，前扭矩反抗安装件323的动态负载下第二静态刚度渐变变化率则可使用来自图5的扭矩平衡图的简化的扭矩平衡方程来计算。具体地，
K1＝K2(S2/S1)；其中，K1是对于动力传动系312的给定动态负载在距离S1处沿前扭矩反抗安装件323的Z方向的静态刚度，K2是对于动力传动系312的相同动态负载在距离S2处沿后扭矩反抗安装件322的Z方向的静态刚度。如在图5中示出的，对应于力P1z的位移D1等于P1z/K1(即，D1＝P1z/K1)，对应于力P2z的位移D2等于P2z/K2(即，D2＝P2z/K2)。这得出D1＝D2(S1/S2)；换句话说，在扭矩T下动力传动系312的运动使得旋转中心总是在动力传动系312的CG处或靠近CG。在动力传动系312的重心CG处避免平移，这一事实直接使得在安装件322、323、324和326处沿垂直方向的动态力减少。
在步骤508中，动力传动系安装系统318被提供，且在步骤510中，被安装在车辆310上。安装件322和323沿Z方向之外的方向的刚度，以及安装件324、326的刚度可以任何适当方法确定。
图6示出具有动力传动系412的车辆410。在所示实施例中，动力传动系412具有发动机414和变速器416(以虚影示意性地示出)，它们通过动力传动系安装系统418安装至承载负载的车辆支撑结构，诸如车身419，且安装至车辆底盘420。发动机414示出为安装至车辆底盘420，所述底盘包括发动机架。变速器416示出为安装在车身419。在其他实施例中，动力传动系可不具有发动机或可以不具有变速器。例如，替代发动机或除了发动机之外，动力传动系可使用电马达。动力传动系安装系统418包括多个动力传动系安装件，诸如第一侧(例如，左侧)发动机安装件422、第二侧(例如，右侧)发动机安装件424、和后变速器安装件426。左侧发动机安装件422和右侧发动机安装件424被底盘420支撑。在轿车应用中，后变速器安装件426将被车身419支撑，如所示的。在卡车应用中，后变速器安装件426将被底盘420的框架结构支撑。动力传动系412是纵向取向的动力传动系，且动力传动系安装件422、424、426以空间布置428布置，其被视为纵向动力传动系安装系统418。
动力传动系安装系统418可根据图8的方法500设计。例如，在步骤502中，轴向取向的动力传动系安装系统418被选择。在步骤504中，左侧发动机安装件422可被选择为第一动力传动系安装件，其具有沿Z方向的在动态负载下有第一静态刚度渐变变化率的渐变性刚度规格。被选择的动态负载范围可与图2和表I中的负载区域Z1、Z2、Z3和ZA、ZB、ZC相同或不同。左侧发动机安装件422的轴向静态刚度平均变化率可与图2中所示的相同，或可选择不同数值，只要左侧发动机安装件422的轴向静态刚度平均变化率随着负载区域中的负载范围的大小的绝对值增加而增加且表I的预定极限被满足即可。替换地，右侧发动机安装件424可被选作具有第一渐变性刚度规格的第一动力传动系安装件。
图7示出扭矩平衡图200B，其是在动态负载下在左侧发动机安装件422上的沿Z方向的力PAZ和在右侧发动机安装件424上的沿Z方向的力PBZ的简化，所述动态负载来自动力传动系412绕车辆410的X轴线沿逆时针方向的驱动车轴扭矩。参考图6，S1是一垂直平面中右侧发动机安装件424的弹性中心EC8和扭矩翻滚轴线T3之间的距离，所述垂直平面延伸分别通过左侧和右侧发动机安装件422、424的弹性中心EC7、EC8。S2是在延伸通过弹性中心EC7、EC8的同一平面中的、左侧发动机安装件422的弹性中心EC7和扭矩翻滚轴线T3之间的距离。图7的曲线图200B表示该布置。替换地，距离S1和S2可在分别通过左侧和右侧发动机安装件422、424的弹性中心EC7、EC8但垂直于扭矩翻滚轴线T3的平面中测量，而不是在垂直平面中测量。
如关于图1和2描述的，扭矩翻滚轴线T3被认为是通过重心CG的沿X方向的水平线。图7的二维扭矩平衡曲线图200B利用了将扭矩翻滚轴线T3视为通过重心CG的水平线的这种简化。扭矩翻滚轴线T3从水平线的偏移相对较小，因此，由于该简化造成的相关联的被计算刚度K1、K2以及距离S1和S2的任何误差将相对较小，且在任何情况下可通过系统模拟和车辆上进行的测量被修正。在图7的扭矩平衡曲线图200B中做的另一简化假设是刚度K1和K2沿车辆Z轴线的方向。刚度K2、K2可视为沿每一个对应安装件422、424的本地Z轴线，其通常称为“聚焦角度”且优选地不与车辆Z轴线对准。再次，任何与该简化相关联的误差可通过系统模拟和在车辆上的测量而修正。
在步骤506中，在右侧发动机安装件424的动态负载下的第二静态刚度渐变变化率则可使用来自图7的扭矩平衡图的简化的扭矩平衡方程来计算。具体地，
K1＝K2(S2/S1)；其中，K1是对于动力传动系412的给定动态负载在距离S1处沿右侧发动机安装件424的Z方向的静态刚度，K2是对于动力传动系412的相同动态负载在距离S2处在左侧发动机安装件422的一距离处沿Z方向的静态刚度。如在图7中示出的，对应于力PBz的位移D1等于PBz/K1(即，D1＝PBz/K1)，对应于力PAz的位移D2等于PAz/K2(即，D2＝PAz/K2)。这得出D1＝D2(S1/S2)；换句话说，在扭矩T下动力传动系412的运动使得旋转中心总是在动力传动系412的重心CG处或靠近重心CG。在动力传动系412的重心CG处避免平移这一事实直接使得在安装件422、424和426处沿垂直方向的动态力减少。
在步骤508中，动力传动系安装系统418被提供，且在步骤510中，被安装在车辆410上。安装件422和424沿Z方向之外的方向的刚度，以及安装件426的刚度可以以任何适当方法确定。
尽管已经对执行本教导的许多方面的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实践本教导的许多替换方面。
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月22日提交的美国临时申请No.61/868,814的权益，其全部内容在此通过引用被全部并入。

Claims (9)

1.一种设计用于车辆动力传动系的动力传动系安装系统的方法，所述动力传动系安装系统具有多个动力传动系安装件，包括第一动力传动系安装件和第二动力传动系安装件，所述动力传动系安装件具有相对于动力传动系的空间布置；所述方法包括：
选择用于第一动力传动系安装件的负载下第一静态刚度渐变变化率；其中，第一动力传动系安装件的第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率；其中，第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率；其中动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载；
基于至少第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置，在位于至少第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程中，使用被选择的第一静态刚度渐变变化率来确定用于第二动力传动系安装件的负载下对应的第二静态刚度渐变变化率；和
提供具有当在负载下时呈现第一静态刚度渐变变化率的第一动力传动系安装件和当在负载下时呈现对应的第二静态刚度渐变变化率的第二动力传动系安装件的动力传动系安装系统。
2.如权利要求1所述的方法，其中，第一动力传动系安装件的第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第三范围中的第三静态刚度平均变化率；其中，第三静态刚度平均变化率大于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第三范围内的负载高于动态负载的第二范围内的负载。
3.如权利要求2所述的方法，其中，第一静态刚度渐变变化率是第一动力传动系安装件满足预定车辆隔离需求的最大率；且其中，第三静态刚度渐变变化率是第一动力传动系安装件的位移保持低于预定总位移的最小率。
4.如权利要求1所述的方法，其中，动力传动系安装系统是三点摆式安装系统；其中，第一动力传动系安装件是后扭矩支柱；其中，第二动力传动系安装件是第一侧变速器安装件；其中，动力传动系安装件还包括第二侧发动机安装件，其具有负载下第三静态刚度渐变变化率；且其中，第三静态刚度渐变变化率通过静平衡扭矩平衡方程与第一静态刚度渐变变化率和第二静态刚度渐变变化率相关。
5.如权利要求1所述的方法，其中，动力传动系安装系统是中性扭矩轴线、四点动力传动系安装系统；其中，第一动力传动系安装件是前扭矩反抗安装件；其中，第二动力传动系安装件是后扭矩反抗安装件；其中，动力传动系安装件还包括第一侧变速器安装件和第二侧发动机安装件；其中，静平衡扭矩平衡方程仅包括在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩；且其中，静平衡扭矩平衡方程仅基于第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置。
6.如权利要求1所述的方法，其中，动力传动系安装系统是后轮驱动动力传动系安装系统，其具有第一侧发动机安装件、第二侧发动机安装件、和后变速器安装件；且其中，第一动力传动系安装件是第一侧安装件和第二侧安装件中的一个，第二动力传动系安装件是第一侧安装件和第二侧安装件中的另一个。
7.一种用于车辆动力传动系的动力传动系安装系统，包括：
第一动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第一静态刚度渐变变化率；
第二动力传动系安装件，当在负载下时，其呈现第二静态刚度渐变变化率；
其中，通过在第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程，第一静态刚度渐变变化率与第二静态刚度渐变变化率相关；且其中，静平衡扭矩平衡方程基于第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置；
其中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率；其中，第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载。
8.一种车辆，包括：
动力传动系；
动力传动系支撑结构；
动力传动系安装件，将动力传动系附连至动力传动系支撑结构；
其中，动力传动系安装件包括当在负载下时呈现第一静态刚度渐变变化率的第一动力传动系安装件，和当在负载下时呈现第二静态刚度渐变变化率的第二动力传动系安装件；
其中，第一静态刚度渐变变化率与第二静态刚度渐变变化率通过在至少第一和第二动力传动系安装件处的相应扭矩的静平衡扭矩平衡方程而相关；且其中，静平衡扭矩平衡方程基于至少第一和第二动力传动系安装件相对于动力传动系的空间布置；
其中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第一范围中的第一静态刚度平均变化率和在动态负载的第二范围中的第二静态刚度平均变化率；其中，第一静态刚度平均变化率小于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第一范围内的负载低于动态负载的第二范围内的负载。
9.如权利要求8所述的车辆，其中，第一静态刚度渐变变化率包括在动态负载的第三范围中的第三静态刚度平均变化率；其中，第三静态刚度平均变化率大于第二静态刚度平均变化率；且其中，动态负载的第三范围内的负载高于动态负载的第二范围内的负载。
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