發(fā)動機液壓懸置

1、車輛工程車輛工程 楊松夏楊松夏2011.04.232011.04.23發(fā)動機液壓懸置 汽車設(shè)計向輕型化、經(jīng)濟化發(fā)展，采用小型、大功率發(fā)動機和輕量化的汽車材料使得發(fā)動機振動激勵增大，車體剛度減小，從而導(dǎo)致車內(nèi)振動和噪聲特性惡化。傳統(tǒng)的橡膠懸置已經(jīng)不能很好地滿足汽車減振降噪的性能要求。發(fā)動機液壓懸置技術(shù)的出現(xiàn)彌補了橡膠懸置的不足。1 引言6 一個理想的動力懸置系統(tǒng)應(yīng)具備以下兩點特性： 在520Hz的低頻范圍內(nèi)，為了有效衰減因路面不平和發(fā)動機怠速燃氣壓力不均勻引起的低頻大振幅的振動，需具有高剛度、大阻尼的特性；而在20 Hz以上的頻帶范圍內(nèi)，為了降低車內(nèi)噪聲，提高汽車的操縱穩(wěn)定性，需具有低剛度、小阻

2、尼的特性。 液壓懸置則克服了傳統(tǒng)動力總成橡膠懸置阻尼偏小的局限性，能夠更好地滿足汽車動力總成隔振的要求。2 發(fā)動機液壓懸置的結(jié)構(gòu) 液壓懸置按控制方式可以分為被動懸置、半主動懸置和主動懸置三種。半主動懸置和主動懸置雖然在隔振降噪性能方面要優(yōu)于被動懸置，但由于它們的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本較高、系統(tǒng)穩(wěn)定性較差等問題，而使得它們沒有被廣泛使用?，F(xiàn)在的汽車上使用最廣泛的還是被動式液壓懸置。 早期的液壓懸置內(nèi)部被分為上、下兩個液室，兩液室之間通過一個簡單的阻尼孔或者螺旋型的慣性通道連通，如圖1所示。 為了改善液壓懸置高頻時的隔振性能可以在兩液室之間加入解耦膜，這就是目前應(yīng)用非常廣泛的慣性通道-解耦膜式液壓懸置

3、，如圖2所示。 圖1無解耦膜的液壓懸置圖 圖2慣性通道-解耦膜式液壓懸置圖 液壓懸置是由許多部件組成的復(fù)雜裝置, 目前經(jīng)濟型轎車使用最多的液壓懸置是慣性通道- 解耦盤液壓懸置。這種類型的液壓懸置可能在具體的元件形式和液體介質(zhì)等方面略有差別, 但基本結(jié)構(gòu)和功能都一致, 典型的液壓懸置結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3 液壓懸置結(jié)構(gòu)示意圖1. 聯(lián)結(jié)螺栓 2. 金屬骨架 3. 橡膠主簧 4. 限位支撐 5. 金屬外罩6. 慣性通道入口 7. 慣性通道上半部 8. 慣性通道 9. 解耦盤 10.下腔室底膜11. 底座 12. 定位銷 13. 聯(lián)結(jié)螺栓 14. 氣孔 15. 慣性通道下半部分3 發(fā)動機液壓懸置的原理

4、 當(dāng)液壓懸置受到低頻、大振幅激勵時, 液體將經(jīng)過慣性通道在上下腔內(nèi)往復(fù)流動。當(dāng)液體流經(jīng)慣性通道時, 由于慣性通道內(nèi)液柱的運動產(chǎn)生較大的沿程能量損失和慣性通道出、入口處為克服液柱慣性而產(chǎn)生的局部能量損失, 液壓懸置將產(chǎn)生大阻尼效應(yīng), 使振動能量盡快耗散, 從而達到衰減振動的目的。 當(dāng)液壓懸置受到高頻小振幅激勵時，由于慣性通道內(nèi)液柱的慣性很大，液體幾乎來不及流動，同時，由于解耦膜在小變形時的低剛度特性，而使得解耦通道內(nèi)的液體隨著解耦膜一起高速振動，從而降低液壓懸置的高頻動剛度，消除動態(tài)硬化的效果。4 發(fā)動機液壓懸置的發(fā)展?fàn)顩r4.1 發(fā)動機液壓懸置的發(fā)展歷程1962年，美國GM公司申請了歷史上第一個

5、液壓懸置專利。 1979年原西德大眾公司在Audi五缸Otto發(fā)動機上應(yīng)用液壓懸置，標(biāo)志著汽車動力總成液壓懸置應(yīng)用從此開始了。 1987年美國Avon公司開發(fā)了控制氣體彈簧氣壓來調(diào)整動特性的液壓懸置。這標(biāo)志著液壓懸置開始由被動式向半主動式控制、主動式控制方向發(fā)展。 20世紀90年代，運用計算機仿真技術(shù)和有限元分析，提高模擬精度，進一步完善液壓懸置的動態(tài)特性。 我國對發(fā)動機液壓懸置的應(yīng)用始于20世紀90年代，1991年液壓懸置隨一汽Audi轎車引進而進入我國，隨后國內(nèi)各大汽車廠和研究院所不斷引進新車型，并開展相關(guān)研究，研究成果較好的有吉林工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)和長春汽車研究所等單位，但沒實現(xiàn)國產(chǎn)化。

6、4.2 液壓懸置的研究現(xiàn)狀 研究單位 從事懸置研究的單位很多，國外的既有如美國通用公司、日本三菱公司，德國奔馳、大眾公司等著名汽車生產(chǎn)商，也有如德國 Freudenberg 公司這樣專門從事汽車懸置系統(tǒng)設(shè)計和懸置元件開發(fā)的公司，還有如美國俄亥俄州大學(xué)、西北大學(xué)、北達科他州大學(xué)等專業(yè)科研單位。國內(nèi)從事懸置研究的單位主要有一汽、二汽神龍汽車、吉林工大和清華大學(xué)等。相比之下國外開展液壓懸置研究的時間較長，對懸置的減振機理和動特性的研究比較深入，研究的重點以懸置的設(shè)計創(chuàng)新為主。國內(nèi)的研究起步比較晚，重點主要以消化吸收國外同類轎車的懸置系統(tǒng)布置方式和研究現(xiàn)有懸置產(chǎn)品的動特性為主。研究方法（1）試驗分析

7、液壓懸置的試驗包括懸置元件試驗和內(nèi)部組件試驗。懸置元件試驗的目的是獲得懸置在不同的激勵頻率和振幅下的三向動剛度和滯后角特性，為仿真分析的驗證和懸置的優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。組件試驗的目的是分析單個組件在整個懸置元件中的作用，測試主要組件的特性參數(shù)值，如橡膠主簧的彈性系數(shù)kr， 阻尼系數(shù)br， 上、下液室體積剛度kv、kb和橡膠主簧的等效泵壓面積Ap等。具體試驗包括：懸置元件及橡膠主簧動剛度和阻尼測試，上、下液室體積剛度測試， 慣性通道阻尼系數(shù)測試，液體物理參數(shù)測試以及懸置結(jié)構(gòu)參數(shù)測量等。（2）理論分析 理論分析的直接目的是建立精確的仿真模型，在此基礎(chǔ)上通過仿真計算分析液壓懸置的動剛度、阻尼的頻變

8、特性和幅變特性，找出影響懸置動特性的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，進而進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化匹配。5發(fā)動機液壓懸置存在的問題（1）液阻懸置歷盡40多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式有了很大的發(fā)展，各種新型的液阻懸置不斷出現(xiàn)。但由于懸置減振性能、制造成本、系統(tǒng)復(fù)雜性和占用空間等方面的原因，現(xiàn)在實車上采用較多的還是慣性通道活動解耦盤式液阻懸置。（2）目前研究中對低頻、大振幅激勵下液阻懸置集總參數(shù)對其動態(tài)特性的影響規(guī)律分析較多，而對高頻、小振幅激勵下液阻懸置集總參數(shù)對其動態(tài)特性的影響規(guī)律研究較少。 （3）現(xiàn)存的液阻懸置集總參數(shù)辨識方法主要有經(jīng)驗公式法、試驗法和有限元方法，由于各種各樣的原因，這些參數(shù)辨識方法均存在一定的局限性。 （4）目前對于懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計研究的比較多，而對懸置元件的優(yōu)化設(shè)計還沒有成熟的理論，大多采用仿制或采用類比的方法確定懸置的設(shè)計參數(shù)。 汽車發(fā)動機液壓懸置是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，目前國外已經(jīng)在設(shè)計、開發(fā)與制造等方面取得了一系列重要研究成果，但國內(nèi)的研究與國外的差距還