发动机液压悬置

1、车辆工程车辆工程 杨松夏杨松夏2011.04.232011.04.23发动机液压悬置 汽车设计向轻型化、经济化发展，采用小型、大功率发动机和轻量化的汽车材料使得发动机振动激励增大，车体刚度减小，从而导致车内振动和噪声特性恶化。传统的橡胶悬置已经不能很好地满足汽车减振降噪的性能要求。发动机液压悬置技术的出现弥补了橡胶悬置的不足。1 引言6 一个理想的动力悬置系统应具备以下两点特性： 在520Hz的低频范围内，为了有效衰减因路面不平和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大振幅的振动，需具有高刚度、大阻尼的特性；而在20 Hz以上的频带范围内，为了降低车内噪声，提高汽车的操纵稳定性，需具有低刚度、小阻

2、尼的特性。 液压悬置则克服了传统动力总成橡胶悬置阻尼偏小的局限性，能够更好地满足汽车动力总成隔振的要求。2 发动机液压悬置的结构 液压悬置按控制方式可以分为被动悬置、半主动悬置和主动悬置三种。半主动悬置和主动悬置虽然在隔振降噪性能方面要优于被动悬置，但由于它们的结构比较复杂、成本较高、系统稳定性较差等问题，而使得它们没有被广泛使用。现在的汽车上使用最广泛的还是被动式液压悬置。 早期的液压悬置内部被分为上、下两个液室，两液室之间通过一个简单的阻尼孔或者螺旋型的惯性通道连通，如图1所示。 为了改善液压悬置高频时的隔振性能可以在两液室之间加入解耦膜，这就是目前应用非常广泛的惯性通道-解耦膜式液压悬置

3、，如图2所示。 图1无解耦膜的液压悬置图 图2惯性通道-解耦膜式液压悬置图 液压悬置是由许多部件组成的复杂装置, 目前经济型轿车使用最多的液压悬置是惯性通道- 解耦盘液压悬置。这种类型的液压悬置可能在具体的元件形式和液体介质等方面略有差别, 但基本结构和功能都一致, 典型的液压悬置结构如图3所示。 图3 液压悬置结构示意图1. 联结螺栓 2. 金属骨架 3. 橡胶主簧 4. 限位支撑 5. 金属外罩6. 惯性通道入口 7. 惯性通道上半部 8. 惯性通道 9. 解耦盘 10.下腔室底膜11. 底座 12. 定位销 13. 联结螺栓 14. 气孔 15. 惯性通道下半部分3 发动机液压悬置的原理

4、 当液压悬置受到低频、大振幅激励时, 液体将经过惯性通道在上下腔内往复流动。当液体流经惯性通道时, 由于惯性通道内液柱的运动产生较大的沿程能量损失和惯性通道出、入口处为克服液柱惯性而产生的局部能量损失, 液压悬置将产生大阻尼效应, 使振动能量尽快耗散, 从而达到衰减振动的目的。 当液压悬置受到高频小振幅激励时，由于惯性通道内液柱的惯性很大，液体几乎来不及流动，同时，由于解耦膜在小变形时的低刚度特性，而使得解耦通道内的液体随着解耦膜一起高速振动，从而降低液压悬置的高频动刚度，消除动态硬化的效果。4 发动机液压悬置的发展状况4.1 发动机液压悬置的发展历程1962年，美国GM公司申请了历史上第一个

5、液压悬置专利。 1979年原西德大众公司在Audi五缸Otto发动机上应用液压悬置，标志着汽车动力总成液压悬置应用从此开始了。 1987年美国Avon公司开发了控制气体弹簧气压来调整动特性的液压悬置。这标志着液压悬置开始由被动式向半主动式控制、主动式控制方向发展。 20世纪90年代，运用计算机仿真技术和有限元分析，提高模拟精度，进一步完善液压悬置的动态特性。 我国对发动机液压悬置的应用始于20世纪90年代，1991年液压悬置随一汽Audi轿车引进而进入我国，随后国内各大汽车厂和研究院所不断引进新车型，并开展相关研究，研究成果较好的有吉林工业大学、清华大学和长春汽车研究所等单位，但没实现国产化。

6、4.2 液压悬置的研究现状 研究单位 从事悬置研究的单位很多，国外的既有如美国通用公司、日本三菱公司，德国奔驰、大众公司等著名汽车生产商，也有如德国 Freudenberg 公司这样专门从事汽车悬置系统设计和悬置元件开发的公司，还有如美国俄亥俄州大学、西北大学、北达科他州大学等专业科研单位。国内从事悬置研究的单位主要有一汽、二汽神龙汽车、吉林工大和清华大学等。相比之下国外开展液压悬置研究的时间较长，对悬置的减振机理和动特性的研究比较深入，研究的重点以悬置的设计创新为主。国内的研究起步比较晚，重点主要以消化吸收国外同类轿车的悬置系统布置方式和研究现有悬置产品的动特性为主。研究方法（1）试验分析

7、液压悬置的试验包括悬置元件试验和内部组件试验。悬置元件试验的目的是获得悬置在不同的激励频率和振幅下的三向动刚度和滞后角特性，为仿真分析的验证和悬置的优化设计提供数据参考。组件试验的目的是分析单个组件在整个悬置元件中的作用，测试主要组件的特性参数值，如橡胶主簧的弹性系数kr， 阻尼系数br， 上、下液室体积刚度kv、kb和橡胶主簧的等效泵压面积Ap等。具体试验包括：悬置元件及橡胶主簧动刚度和阻尼测试，上、下液室体积刚度测试， 惯性通道阻尼系数测试，液体物理参数测试以及悬置结构参数测量等。（2）理论分析 理论分析的直接目的是建立精确的仿真模型，在此基础上通过仿真计算分析液压悬置的动刚度、阻尼的频变

8、特性和幅变特性，找出影响悬置动特性的关键设计参数，进而进行结构参数的优化匹配。5发动机液压悬置存在的问题（1）液阻悬置历尽40多年的发展，其结构形式有了很大的发展，各种新型的液阻悬置不断出现。但由于悬置减振性能、制造成本、系统复杂性和占用空间等方面的原因，现在实车上采用较多的还是惯性通道活动解耦盘式液阻悬置。（2）目前研究中对低频、大振幅激励下液阻悬置集总参数对其动态特性的影响规律分析较多，而对高频、小振幅激励下液阻悬置集总参数对其动态特性的影响规律研究较少。 （3）现存的液阻悬置集总参数辨识方法主要有经验公式法、试验法和有限元方法，由于各种各样的原因，这些参数辨识方法均存在一定的局限性。 （4）目前对于悬置系统的优化设计研究的比较多，而对悬置元件的优化设计还没有成熟的理论，大多采用仿制或采用类比的方法确定悬置的设计参数。 汽车发动机液压悬置是一个复杂的系统，目前国外已经在设计、开发与制造等方面取得了一系列重要研究成果，但国内的研究与国外的差距还