楊潔

摘 ?要：由于動(dòng)力總成振動(dòng)主要源于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，文章通過淺析發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，介紹了動(dòng)力總成懸置的功能、發(fā)展及關(guān)鍵特性。

關(guān)鍵詞：橡膠懸置;液阻懸置;動(dòng)剛度;損耗角

中圖分類號(hào)：U461.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）02-0083-02

1 ?發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，基本受兩個(gè)振源激勵(lì)，一個(gè)來自路面，一個(gè)來自發(fā)動(dòng)機(jī)本身及傳動(dòng)系統(tǒng)。來自路面的激勵(lì)基本屬于低頻范圍，一般在2.5 Hz以下，主要是通過懸架系統(tǒng)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)，而來自發(fā)動(dòng)機(jī)的頻率可分為點(diǎn)火激勵(lì)和慣性激勵(lì)。

點(diǎn)火激勵(lì)是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火做功，曲軸輸出脈沖扭矩，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)反作用矩的波動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生周期性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率即為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火頻率，可在曲軸前端裝置扭轉(zhuǎn)減振器以改善曲軸扭振特性。以直列四缸機(jī)為例，若怠速為750 R/M，則二階點(diǎn)火頻率為25 Hz。

慣性激勵(lì)是發(fā)動(dòng)機(jī)不平衡旋轉(zhuǎn)和往復(fù)不規(guī)律運(yùn)動(dòng)所引起的力/力矩。以直列四缸機(jī)為例，曲軸不平衡旋轉(zhuǎn)可通過平衡重來平衡;一階往復(fù)慣性力/力矩、二階往復(fù)慣性力矩均平衡，主要是二階往復(fù)慣性力不平衡，且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，二階往復(fù)慣性力越大，可通過雙軸平衡機(jī)構(gòu)來平衡。

因此，直列四缸機(jī)所受非路面的激勵(lì)主要是低速階段的二階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和高速階段的二階往復(fù)慣性力。

2 ?動(dòng)力總成懸置的功能

動(dòng)力總成懸置是連接動(dòng)力總成與車身或副車架的一個(gè)關(guān)鍵件，主要起支承、限位、隔振的功能。通過合理的懸置設(shè)計(jì)，可有效降低動(dòng)力總成振動(dòng)向車身的傳遞，提高整車NVH性能。

2.1 ?支 ?承

懸置是一個(gè)支承元件，除承受動(dòng)力總成的質(zhì)量，其靜剛度特性應(yīng)能使其不至于產(chǎn)生過大的靜位移而影響工作。

2.2 ?限 ?位

動(dòng)力總成在受到各種動(dòng)載荷的情況下，懸置的動(dòng)剛度特性應(yīng)能有效限制其最大位移，避免與相鄰零件發(fā)生碰撞和干涉。

2.3 ?隔 ?振

一方面有效降低作為振源的動(dòng)力總成向車身傳遞振動(dòng)力，即積極隔振;另一方面衰減路面激勵(lì)傳遞給動(dòng)力總成的振動(dòng)力，即消極隔振。其動(dòng)剛度和損耗角隨頻率和振幅的變化特性尤為重要。

3 ?動(dòng)力總成懸置的發(fā)展

3.1 ?螺栓剛性連接

汽車發(fā)展之初，動(dòng)力總成直接靠螺栓剛性連接到車架，振動(dòng)直接傳遞，這既影響了乘坐舒適性，又造成動(dòng)力總成部件如曲軸箱和發(fā)動(dòng)機(jī)支架的破壞。

3.2 ?柔性件及橡膠減振件連接

20世紀(jì)初，制造商開始使用柔性件，如皮革、布?jí)|等連接動(dòng)力總成和車架，以后又采用了橡膠減振件。值得注意的是，這樣做的本來目的并不是為了減少動(dòng)力總成振動(dòng)向車架的傳遞，而是為了防止曲軸箱和發(fā)動(dòng)機(jī)支架的破壞。

3.3 ?橡膠懸置

20世紀(jì)30年代初，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用，由于其強(qiáng)烈的二階不平衡慣性力造成動(dòng)力總成的振動(dòng)更加突出，對(duì)整車舒適性的影響也大為增大。在這種情況下，制造商開始關(guān)注動(dòng)力總成的振動(dòng)控制問題，于是，將橡膠硫化到金屬骨架上的橡膠懸置就被設(shè)計(jì)出來了。

隨著橡膠懸置的快速發(fā)展，制造商開始關(guān)注不同工況下對(duì)懸置系統(tǒng)有不同的性能要求，即：

低頻（1～50 Hz）、大幅（>0.3 mm）激勵(lì)（工況：點(diǎn)火、熄火、換擋沖擊、行駛于粗糙路面、急加/減速、轉(zhuǎn)彎等），要求懸置系統(tǒng)大剛度、大阻尼，抑制動(dòng)力總成晃動(dòng);高頻（10～350 Hz）、小幅（<0.3 mm）激勵(lì)（工況：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡∷俚阶罡咿D(zhuǎn)速），要求懸置系統(tǒng)小剛度、小阻尼，滿足降噪要求。

但橡膠懸置損耗角基本不隨頻率變化，一般只有10 ？觷左右，不滿足低頻時(shí)大阻尼要求;且頻率超過200 Hz時(shí)，其動(dòng)剛度會(huì)突然增加，導(dǎo)致動(dòng)剛度硬化，惡化了懸置的高頻降噪性能。這些特性都限制了橡膠懸置的進(jìn)一步發(fā)展，促使新一代懸置的研發(fā)。

3.4 ?液阻懸置

1962年，GM公司Richard Ras率先申請(qǐng)了液阻懸置的專利，70年代末，大眾公司開始在Audi上應(yīng)用液阻懸置。在隨后的30多年里，世界上各大汽車公司都相應(yīng)了研究開發(fā)了用于不同汽車的的液阻懸置系統(tǒng)，其控制方式也從被動(dòng)控制式到半主動(dòng)式和主動(dòng)控制式，并取得了滿意的效果。

3.4.1 ?被動(dòng)式

主要是慣性通道—解耦膜—節(jié)流盤式，如圖1所示，由橡膠主簧、慣性通道、解耦膜、節(jié)流盤、連接螺栓和橡膠底模等構(gòu)成，其工作原理為。

當(dāng)懸置受到低頻、大幅激勵(lì)時(shí)，解耦膜的位移幅值較大，達(dá)到其上極限和下極限位置，液體主要經(jīng)過慣性通道在上液室、下液室之間流動(dòng)，產(chǎn)生大阻尼作用;而當(dāng)激勵(lì)為高頻、小幅時(shí)，慣性通道中的液體動(dòng)態(tài)響應(yīng)漸趨衰弱，主要依靠解耦膜的動(dòng)態(tài)變形來吸收高頻振動(dòng)能量，以降低懸置動(dòng)剛度。而節(jié)流盤的擾流作用增大了上液室流體紊流導(dǎo)致的能量損失，二階非線性流體阻尼作用增強(qiáng)，從而有效抑制了慣性液柱的共振響應(yīng)，同時(shí)節(jié)流盤也可以起到內(nèi)部限位作用，避免動(dòng)力總成下跳時(shí)移動(dòng)過大的位移。

3.4.2 ?半主動(dòng)式

根據(jù)輸入信號(hào)（路況、行駛狀態(tài)和載荷等）調(diào)整懸置參數(shù)優(yōu)化其動(dòng)特性，主要有電流變液式、磁流變液式、控制節(jié)流通道型、變截面型等。常見的電流變液式是指根據(jù)輸入信號(hào)利用低功率作動(dòng)器迅速調(diào)整液體粘度，增大懸置共振時(shí)的阻尼，其結(jié)構(gòu)與被動(dòng)式相似，液體為電流變液體。

3.4.3 ?主動(dòng)式

由傳感器、作動(dòng)器、控制器和被動(dòng)式組成，按作動(dòng)器型式可分為電磁型、壓電陶瓷型、電致伸縮型等。常見的電磁型是由電磁作動(dòng)器與被動(dòng)式并聯(lián)組成，利用被動(dòng)式隔離低頻振動(dòng)，通過電磁作動(dòng)器衰減高頻振動(dòng)。

半主動(dòng)式和主動(dòng)式雖然性能更優(yōu)越，但由于裝置了控制器、傳感器和作動(dòng)器等元件，成本和能耗增加，可靠性降低，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的還是被動(dòng)式。不過隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)半主動(dòng)式和主動(dòng)式的深入研究，這兩類懸置也將被更廣泛的應(yīng)用。

4 ?關(guān)鍵特性

以寶駿730變速器左橡膠懸置和發(fā)動(dòng)機(jī)右液阻懸置為例，作以下分析。

4.1 ?變速器左橡膠懸置

關(guān)鍵產(chǎn)品特性：各向靜剛度、Z向動(dòng)剛度（振幅0.05 mm，頻率10 Hz、25 Hz、200 Hz時(shí)對(duì)應(yīng)動(dòng)剛度分別≤325 N/mm、≤365 N/mm、≤645 N/mm）、臺(tái)架疲勞特性。

關(guān)鍵控制特性：配料（各成分配比）;混煉（密練溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)速、壓力;開練時(shí)間、冷卻時(shí)間）;硫化（溫度、壓力、時(shí)間）。

4.2 ?發(fā)動(dòng)機(jī)右液阻懸置

關(guān)鍵產(chǎn)品特性：子系統(tǒng)（主簧、慣性通道、解耦膜、節(jié)流盤等）關(guān)鍵產(chǎn)品特性;密封性;各向靜剛度;Z向損耗角（頻率10 Hz，振幅0.5 mm、1 mm時(shí)對(duì)應(yīng)損耗角分別≥45 ？觷）;Z向動(dòng)剛度（振幅0.05 mm，頻率10 Hz、25 Hz、200 Hz時(shí)對(duì)應(yīng)動(dòng)剛度分別≤320 N/mm、≤320 N/mm、≤600 N/mm）;臺(tái)架疲勞特性。

關(guān)鍵控制特性：子系統(tǒng)關(guān)鍵控制特性;灌裝（液體下進(jìn)行、扣壓力、扣壓行程、保壓時(shí)間）。

4.3 ?解 ?析

損耗角的要求清晰反應(yīng)了懸置在受低頻大幅激勵(lì)時(shí)要求其大阻尼，頻率定為10 Hz，與懸置系統(tǒng)垂向共振頻率接近，能更好的抑制懸置系統(tǒng)的垂向共振響應(yīng)。

動(dòng)剛度的要求也清晰反應(yīng)了懸置在受高頻小幅激勵(lì)時(shí)要求其小剛度，如頻率從10～25 Hz（怠速），要求動(dòng)剛度小于某值，是為了滿足怠速隔振的需求，理想情況是怠速時(shí)的動(dòng)剛度比靜剛度還要低;而頻率為200 Hz時(shí)，要求動(dòng)剛度小于某值，是為了避免懸置過早產(chǎn)生動(dòng)剛度硬化。

5 ?結(jié) ?語(yǔ)

本文著重介紹了懸置的發(fā)展及關(guān)鍵特性，旨在幫助領(lǐng)域內(nèi)質(zhì)量工程師更好地了解懸置并進(jìn)行質(zhì)量管理工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭榮，章桐.汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2013.