汽车减震技术应用介绍

1、汽车减震技术应用介绍汽车减震技术应用介绍一、动力总成悬置系统（一）、 功能1、降低动力总成振动向车身的传递2 、衰减由于路面激励引起的动力总成振动衰减由于路面激励引起的动力总成振动3、控制动力总成位移和转角（二）、 设计目标1 、 系统的最高阶固有振动频率应小于发动机工作中的最小 激振频率的动机工作中的最小激振频率的 00.717717 倍倍2 、 系统的最低阶固有振动频率应大于发动机怠速动机怠速00.55 阶激振频率阶激振频率3、尽可能多的实现各自由度间的解耦4 、系统在系统共振频带内应有较大的阻尼值5 、动力总成在诸如汽车起步、制动、转向的特殊工况下位移值不能超过允许取值（三）、前驱横置动

2、力总成悬置系统常见布局形式* 三点支承加扭转支撑杆1、优点：悬置布置方便，便于安装2 、缺点：跳动与发动机扭矩有关跳动与发动机扭矩有关， 纵摇与跳动相关纵摇与跳动相关，悬置载荷变化较大悬置载 荷变化较大，对副车架的共振和冲击振动敏感* 低扭矩轴系统1、优点：悬置布置方便，便于安装，跳动与纵摇及扭矩分 离良好2 、缺点缺点：纵摇模态和发动机转动较难平衡纵摇模态和 发动机转动较难平衡，对副车架共振和冲击振动敏感对副车 架共振和冲击振动敏感平衡扭矩轴系统123在垂直方向上有良好的隔振性能；* Trucuck- Tuuff ”液压悬置1自动防故障装置的设计2 没 有载荷通过卷轴3 限 位行程更长4为了

3、调节刚度，可以很容易调整悬置的安装角度* 衬套型液压悬置1自动防故障装置的设计2 在 垂直方向上刚度可调性较好3 静 态刚度较低4 在垂直方向上有 良好的隔振性能5动静态性能（同液压拉杆类似液压拉杆衬套）* 液压衬套拉杆1自动防故障装置的设计2 在 垂直方向上刚度可调性较好在垂直方向上刚度可调性较好3静态刚度较低，其他方向刚度很小4在垂直方向上有良好的隔振性能* 半主动悬置1 改 变液体流向2单双流道开关机理3 静 刚度可变型半主动悬置4 磁 流变半主动悬置半主动悬置 半主动悬置 - 单双流道开关机理半主动悬置 - 空气弹簧原理在怠速工况，螺线圈开，空气允许通大气，振动膜变软，刚度减小；在行驶

4、工况，螺线圈关，在振动膜下面形成空气弹簧，振动膜变硬，阻尼加大。半主动式悬置 - 静刚度可变型半主动悬置半主动式悬置 - 磁流变半主动悬置特点1、对被动式液阻悬置的惯性通道进行改进设计，加电极，在高压的作用下，液惯性通道中液体的粘度可以在瞬间发生变化。从无阻尼到有阻尼可以在 1ms 内完成。2、性能不是很稳定，长时间使用以后，油液沉淀。二、底盘衬套（一）、副车架衬套、车身衬套（悬置）* 功能1、安装于副车架和车身之间，起二级隔振作用，典型应用于横置动力总成布置；2 、撑悬架和动力总成载荷支撑悬架和动力总成载荷，隔离来自副车架的振动和噪声隔离来自副车架的振动和噪声；3、辅助功能：承受动力总成扭矩

5、，动力总成静态支撑，承 受转向、悬架载荷，隔离发动机机和路面激励* 设计原则1隔离频率或者动态刚度，阻尼系数2 静态载荷及范围静态载荷及范围 ，极限变形要求极限变形要求3态载荷（常规使用）、最大动态载荷（严重工况）4碰撞要求，约束和加载，空间约束，希望和要求的装配要求5悬置方法（包括螺栓尺寸、类型，方向和防旋转要求等）6悬置位置（高导纳区域，不敏感） 7耐腐蚀要求，温度使用范围，其它化学要求等8疲劳寿命要求，已知重要特性要求（尺寸和功能）9 价 格目标* 装配1 上 面为承载型衬垫2 下 面为 RRebboundd 衬垫衬垫3上金属隔板 : * 支撑承载型衬垫膨胀 *控制装配高度4整车载荷和悬

6、置刚度控制车身负载高度整车载荷和悬置刚 度控制车身负载高度5 下 衬垫控制车身 Rebound 位移6下衬垫总是受压二）、副车架衬套、车身衬套（悬置）三）、悬架衬套* 用途1、用于悬架系统，提供扭转和倾斜的柔性，并用于轴向和 径向的位移控制；2、低的轴向刚度具有良好的隔振性能，而软的径向刚度具 有更好的稳定性；* 结构类型结构类型：机械粘接式衬套 应用：板簧，减 震器衬套，稳定杆拉杆；优点：便宜，不必关注粘接强度问题；缺点：轴向容易脱出，且刚度难调* 结构类型结构类型：单边粘接式衬套 应用：减震器衬 套，悬架拉杆和控制臂优点：相对于普通双边粘接式衬套便宜，衬套总是会旋转 到中性位置缺点：轴向容

7、易脱出，为了保证压出力，须飞边设计* 结构类型结构类型：双边粘接式衬套 应用：减震器衬 套，悬架拉杆和控制臂优点：相对于单边粘接和机械粘接疲劳性能更好 ，且刚度 更易于调节；缺点：但价格也比单边粘接和双边粘接更加昂贵。* 结构类型：双边粘接式衬套阻尼孔式应用： 控制 臂，纵臂衬套优点：刚度很容易调节缺点：阻尼孔在扭转力( +/- 15 deg)的作用下存在潜在的失效模式；需要定位特征供压力装配，增加费用* 结构类型：双边粘接式衬套球形内管应用： 控制 臂；优点：锥摆刚度低锥摆刚度低而径向刚度大径向刚度大；缺点：相对于普通双边粘接式衬套昂贵* 结构类型：双边粘接式衬套带刚度调节板 应用：控 制臂

8、；优点：可以将径、轴向刚度比从 5-10:1 提高到 15-20:1 ， 使用较低的橡胶硬度即可达到径向刚度要求，且扭转刚度也 可得到控制；缺点：相对于普通双边粘接式衬套昂贵，且在缩径时，内 管与刚度调节板之间的拉应力无法得到释放，致使疲劳强度 存在问题。（四）、稳定杆衬套稳定杆1稳定杆作为悬架的一部分，当汽车急剧转弯时，提供扭转刚度以避免汽车过量横摆量横摆2稳定杆的两端通过稳定杆拉杆与悬架（如控制臂）相连3 同 时中间部分使用橡胶衬套套与车架车架相连* 稳定杆衬套的功能1稳定杆衬套作为轴承的功能将稳定杆拉杆与车架相连2 为 稳定杆拉杆提供额外的扭转刚度3 同 时防止在轴向上发生位移4 低 温

9、时须避免异响产生。（五）、差速器衬套* 功能 四驱发动机，差速器一般通过衬套与车身相连，用 于减少扭转振动；系统目标1 2 01000Hz 的隔振率2 刚 体模态 （Roll, Bounce, Pitch）3控制由于温度变化引起的刚度波动（六）液压衬套* 结构原理1 、在液压阻尼方向上两个充满液体的液腔有一条相对长、窄的通道（称为惯性通道）相连2 、在液压方向上的激励作用下，液体发生共振并伴随着体 积刚度的放大，产生较高的阻尼峰值。设计原则* 稳定和安全性1动静态载荷，径向柔性2 转 向精度，侧向柔性转向和 Toe Correction转向精度3路面的撞击激励，碰撞和滥用工况* 驾驶舒适性1振

10、动阻尼2动力总成和路面引起的噪声空间和装配1 空 间约束，重量优化2易于装配，拆卸和回收* 典型应用1 控 制臂衬套径向阻尼方向2 拉 杆轴向阻拉杆轴向阻尼方向3控制臂径向阻尼方向但垂直安装4 副 车架衬套径向方向阻尼但垂直安装副车架衬套径向方向阻尼但垂直安装5扭力梁径向阻尼方向倾斜安装6支柱上支撑，轴向阻尼方向垂直安装7 衰 减由前轮刹车不平衡力导致的 Judder 激励8 衰 减副车架的径向和侧向振动模态， 阻尼方向为径向方向9 后扭力梁液压衬套， 用于抑制当车辆行驶在粗糙路面上的 激励，同时保证 toe correction10 液压支柱上支撑，用于控制车轮的 1017Hz 的 Hop

11、模 态，其动态特性的作用独立于筒氏减震器。三、扭转减振器 (Torsional Vibration Dampper)(一) 曲轴系统与减振器功能1 曲 轴承受由于气缸压力和往复惯性力产生的弯曲和扭转振动2TVD 减少曲轴扭转振动以保持曲轴动应力在可接受范围 而不至于破坏3TVD 传递曲轴输出扭矩、减小扭矩波动4TVD 提高整车的 NVH 性能；二） 曲轴振动源1气缸压力产生的激励2 惯 性质量如活塞、连杆与曲柄产生的惯性力3 运 动部件重力引起的激励（三）工作原理曲轴系统简化成 2 自由度系统， MMMM , KK 和和 KK 分别为曲轴与减振器的等效质量和等效刚度（四）设计原则1通过过调整系

12、统的转动惯量、扭转刚度及其其分布布而调整曲轴系统的固有有频率2 装 配扭转减振器吸收曲轴前端的扭转振动3扭转减振器提供大量的阻尼，损耗能量4扭转减振器利用其动态效应，使共振扭矩峰值偏移，并改变曲轴系统的固有频率5通常，配置减振器对减小曲轴系统振动最为有效、经济。（五）TVD 类别1 、单扭转模态 TVD* 减少曲轴扭转振动2 、双扭转模态 TVD* 减少曲轴扭转振动 * 平滑皮带轮运动3、双模态（扭转 + 弯曲） TVD减少弯曲振动及悬置、车内振动；* 减少扭转振动；4 、硅油与硅油橡胶型减振器 TVD* 硅油减振器则是大功率硅油减振器则是大功率、高转速车用发动机最常用的高转速车用发动机最常用

13、的一种减振装 置种减振装置。* 通过硅油增大减振器阻尼，吸收一部分振动能量使之转变成热气耗出去，进一步降低发动机的扭振振幅和噪声步。四、排气管吊耳（一）排气系统的振动源1发动机的扭矩激励2发动机气流冲击3 声 波激励4路面激励（二）排气管吊耳的作用1 悬 挂排气系统于车身2隔振隔振3位移控制（三）排气管吊耳系统及零件设计原则1阶垂直弯曲和横向弯曲模态应该与发动机的激励频率解耦，并与车身的固有频率解耦固有频率解耦2 尽 量采用比较直的排气系统以减少模态密度3 F/A 模态要解耦并且无纵向预紧模态要解耦并且无纵向预 紧4排气管吊耳须布置在排气管的模态节点5排气管吊耳须布置在车身硬点排气管吊耳须布置

14、在车身硬 点6吊钩需要足够硬以避免与连接结构共振7应选择更多吊耳点，使解耦更好，并须有更好的阻尼（四）设计要求1 小 尺寸2 高 可靠性3 刚 度可调性好4 垂 直和横向没有相关性5容易装配6 耐 久性好7耐高温8良好的隔振性能（五）结构特点1 上 轴销孔与车身侧支架相连；下轴销孔与排气管侧吊钩相连2冲击工况时，上下限位块起着可以限制排气系统的位移， 提高疲劳3弹性支撑橡胶主要起减振作用4金属骨架可以限制位移；设计原则鉴于吊耳一般工作在较高的温度环境，须选择耐高温和耐 环境性能良好的材料，如 EPDM 和 VQM ；从耐久性能考虑，须考虑材料的强度、预载和位移要求，以选择合适的耐高温或强度更好

15、的材料、是否设置限位、零件的静刚度和是否设置骨架等；基于NVH 要求，希望零件的动刚度足够低，并且在较宽的频率范围( 1- 400Hz )内无共振现象发生；五、动力吸振器* 用途1 、经常被用于由共振导致的噪声或振动问题，这些问题一 般通过单纯的隔振策略无法解决略无法解决2、作为二阶系统进行减振降噪3 、在车上的一般应用包括，在变速箱上添加动力吸振器抑 制动力总成的弯曲模态；在方向盘上设置动力吸振器抑制转 向管柱的模态；在后差速器、排气管、车身、传动轴等。* 设计原则1、按照温度要求选择适当的材料，如排气管需要考虑高温要求， VQM 用的较多；2 、基于空间要求须对体积进行控制基于空间要求须对

16、体积进行控制，须选择密度大的材料作为质量块的材料须选择密 度大的材料作为质量块的材料。如方向盘由于安装安全气囊 且要求的动力吸振器的质量又较大，须使用铅等重金属才能 满足要求属才能满足要求；3、被作用系统对动力吸振器的固有频率非常敏感，但橡胶 的实际性能又很难控制，因此控制橡胶的稳定性是设计和制 造的重点因素因此控制橡胶的稳定性是设计和制造的重点 因素；4、同时须考虑动力吸振器支架对固有频率的影响。六、支柱橡胶支撑 (Upppper Strut Mount)* 功能连接车身和悬架，减少振动和噪声传递；USM 的柔性允许支柱角度随着的柔性允许支柱角度随着 下球铰的位移球铰的位移而发生变化发生变化

17、；承受车身反力，传递弹簧和车身载荷；在USM 里边加入轴承，具有上旋转点并形成转向轴，当前轮 Strut mount 转向时，整个支柱将以下轴承和 USM 的轴 线旋转。单通道- 支柱和弹簧力由相同的橡胶截面隔离，较长的线 性段可以提高 NVH 性能，同时设置限位块提高疲劳性能双通道支柱和弹簧力由不同的橡胶截面隔离 双通道车身弹簧和筒氏减震器的力通过两个通道传递 到车身 . 内部：获得良好的减振降噪功能， 并提高车身的 Roll 性能，高刚度可以提供横向位移控制功能；外部：弹簧力通过外部通道直接到车身一般刚度较高。双通道双隔振 支柱和弹簧力由不同的橡胶截面隔离，每个截面都有两层隔振。这种设计提

18、供更好的隔振，但是比双通道更加复杂并且价格昂贵。集成式USM 支柱与外部的部件直接卡紧。 刚度非常容 易调整，并且耐久并性也非常好。但价格昂贵，且性能稳定 性不是很好。七、汽车减振应用中的橡胶种类及特点1 、天然橡胶 NR 优点：回弹性非常好、强度高、撕裂和抗磨损性能好、用于 Snap 时弹性好、且低温柔性较好低温柔性较好，与织物或者金属的粘接性能好与织物或者金属的 粘接性能好缺点：抗热、抗臭氧和太阳光照射等性能较差，同时对油、 汽油和溶剂的抵抗性不足。应用：通常用于悬置、衬套和轮胎。2 、丁苯橡胶 SBR 良好的回弹性，卓越的碰撞强度，良好 的拉伸和磨损性能； 但是抗臭氧和阳光直射性能较差，

19、且 耐油、汽油和溶剂性能也较差； 价格低，用于一般的批量 较大的聚合物。3、丁基合成橡胶 IIR 优点：与气体和蒸汽互不渗透性能好， 高能量吸收（高阻尼），良好的抗臭氧和太阳光辐射和太阳 光辐射，相当好的抗热和抗氧化特性相当好的抗热和抗氧化 特性，良好的抗水和蒸汽良好的抗水和蒸汽缺点：但压缩永久变形大，弹性差，且对油、汽油和溶剂 的抵抗性差应用：用于车身用于车身、驾驶室驾驶室、副车架衬套副 车架衬套、防撞块等防撞块等4 、三元乙丙橡胶三 EPDM EPDM 是另一种优良的橡胶减 振材料，广泛应用于各种减振产品中。它具有较好的耐氧化 好的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力抗臭氧和抗侵蚀的能 力。EPD

20、MEPDM 对各种恶劣气候的适应能力较强对各种恶劣 气候的适应能力较强， 其物理性能稳定， 且成本较低。 EPDM的另一个优势是易于硫化，因此与金属黏合时附着性好属黏 合时附着性好。EPDM 的缺点是耐高温性能不如的缺点是耐高温性能不如VQM ，可承受的最高工作温度为 150 。5 、 氯丁橡胶 CR优点：耐火性能好，具有一定的抗油和抗 汽油特性，与金属粘接性能好，耐候性、耐臭氧和耐老化性 能好耐臭氧和耐老化性能好；缺点：低温柔性一般；应用：软管护套套，悬置等等。6 、硅橡胶 VQM VQM 具有硅 - 氧链状结构，其键能是443.5KJ/MOL般碳碳键能VQMVQM 具有极好的耐高具有极好的

21、耐高、 低温特性低温 特性，其工作温度区间其工作温度区间可在-60 300 之间。VQM 还具有较好的耐臭氧特性和生物惰性，使零件不易因氧化失效易因氧化失效，且使用过程中不释放对人体有害的物质且使用过程中不释放对人体有害的物质。但机械强度相对较差但机械强度相对较差。因此一般可用于排气系统的热端、部分承受高温的动力吸振器，甚至最新报道的被用于液压悬置的主簧道的被用于液压悬置的主簧。八、汽车橡胶减振相关的检测手段动态性能测试1M TS813 道路载荷实验室在线模拟2 双 轴向加载轴向加载3700Hz4M TS813 动态实验测试5单轴向加载6200 ，400 ，700 ， 1000Hz* 通用材料

22、测试机器1 计 算机控制2 单 轴向加载单轴向加载3准静态道路载荷模拟实验道路载荷模拟实验1道路载荷数据采集 2 道 路载荷实验室在线模拟道路载荷实验室在线模拟3三轴向加载4温度控制550Hz* 多轴道路载荷模拟多轴道路载荷模拟1道路载荷数据采集2 道 路载荷实验室在线模拟道路载荷实验室在线模拟3三轴向加载4温度控制550Hz耐久试验+ 转动转动） ）1单轴 2双轴轴 （平动平动 + 平动或平动平动或平动3道路实验模拟4温度控制* 消声室和转鼓1车内噪声测量2振动测量振动测量3传递路径测量* 模态测试和 & 2Postost Rigg1模态测试2 传 递路径分析传递路径分析液压伺服动态仪及以上

23、1频率: 100Hz, 200Hz ，400Hz, 1000Hz2测量减振器的动、静态特性静态特性* 盐雾实验盐雾实验 * 臭氧实验* 耐高温测试耐高温测试九、汽车橡胶减振相关的分析手段（一）、橡胶材料动静态参数测试及拟合* 材料应力应变测试材料应力应变测试结果及拟合二）、橡胶静刚度分析* 力 - 位移分析1、橡胶的静态特性的预测需要进行材料的超弹性基本实验，目前认为比较有代表性的实验组合为单轴拉伸、双等轴拉伸、平面拉伸（纯剪切）实验，至少用使用包含单轴拉伸 的两种以上实验才能获得比较精确的预测结果；2 、由于 Muillin 效应的存在，橡胶材料出现应力软化现象， 在 Mullin 效应的作用下， 橡胶悬置的初始循环的刚度较稳定 状态的刚度高 510% 左右， Mullin 效应的影响不可忽略；3、须根据实际应变选择材料实验应变水平；4、在汽车的减振应用中可认为橡胶是为不可压缩材料，体积变形的影响体几乎可忽略。（三）橡胶动刚度分析* 实验参数获取 （多选一）1简单剪切实验（频域）2 应力松弛实验 （时域） 3应力松弛实验动态计算 计算橡胶减振器随频率和振幅变化的动态特性四）橡胶流固耦合分析预测橡胶 -液阻减震器的随频率变化的动态刚度和阻尼角态刚度和阻尼角五）系统级分析* 悬置系统分析1 模 态解耦优化2悬置系统位移控制悬置系统位移控制3 频 响分析4