淺談動力總成懸置的發(fā)展及關(guān)鍵特性

楊潔

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

關(guān)鍵詞：橡膠懸置;液阻懸置;動剛度;損耗角

中圖分類號：U461.1 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0083-02

1 ?發(fā)動機振動

對發(fā)動機來說，基本受兩個振源激勵，一個來自路面，一個來自發(fā)動機本身及傳動系統(tǒng)。來自路面的激勵基本屬于低頻范圍，一般在2.5 Hz以下，主要是通過懸架系統(tǒng)傳遞給發(fā)動機，而來自發(fā)動機的頻率可分為點火激勵和慣性激勵。

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

慣性激勵是發(fā)動機不平衡旋轉(zhuǎn)和往復不規(guī)律運動所引起的力/力矩。以直列四缸機為例，曲軸不平衡旋轉(zhuǎn)可通過平衡重來平衡;一階往復慣性力/力矩、二階往復慣性力矩均平衡，主要是二階往復慣性力不平衡，且發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，二階往復慣性力越大，可通過雙軸平衡機構(gòu)來平衡。

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

2 ?動力總成懸置的功能

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

2.1 ?支 ?承

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

2.2 ?限 ?位

動力總成在受到各種動載荷的情況下，懸置的動剛度特性應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力總成向車身傳遞振動力，即積極隔振;另一方面衰減路面激勵傳遞給動力總成的振動力，即消極隔振。其動剛度和損耗角隨頻率和振幅的變化特性尤為重要。

3 ?動力總成懸置的發(fā)展

3.1 ?螺栓剛性連接

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

3.2 ?柔性件及橡膠減振件連接

20世紀初，制造商開始使用柔性件，如皮革、布墊等連接動力總成和車架，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力總成振動向車架的傳遞，而是為了防止曲軸箱和發(fā)動機支架的破壞。

3.3 ?橡膠懸置

20世紀30年代初，四缸發(fā)動機被廣泛應用，由于其強烈的二階不平衡慣性力造成動力總成的振動更加突出，對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)注動力總成的振動控制問題，于是，將橡膠硫化到金屬骨架上的橡膠懸置就被設計出來了。

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（工況：點火、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，抑制動力總成晃動;高頻（10～350 Hz）、小幅（<0.3 mm）激勵（工況：發(fā)動機轉(zhuǎn)速從怠速到最高轉(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，不滿足低頻時大阻尼要求;且頻率超過200 Hz時，其動剛度會突然增加，導致動剛度硬化，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率先申請了液阻懸置的專利，70年代末，大眾公司開始在Audi上應用液阻懸置。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控制式到半主動式和主動控制式，并取得了滿意的效果。

3.4.1 ?被動式

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。

當懸置受到低頻、大幅激勵時，解耦膜的位移幅值較大，達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，產(chǎn)生大阻尼作用;而當激勵為高頻、小幅時，慣性通道中的液體動態(tài)響應漸趨衰弱，主要依靠解耦膜的動態(tài)變形來吸收高頻振動能量，以降低懸置動剛度。而節(jié)流盤的擾流作用增大了上液室流體紊流導致的能量損失，二階非線性流體阻尼作用增強，從而有效抑制了慣性液柱的共振響應，同時節(jié)流盤也可以起到內(nèi)部限位作用，避免動力總成下跳時移動過大的位移。

3.4.2 ?半主動式

根據(jù)輸入信號（路況、行駛狀態(tài)和載荷等）調(diào)整懸置參數(shù)優(yōu)化其動特性，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)輸入信號利用低功率作動器迅速調(diào)整液體粘度，增大懸置共振時的阻尼，其結(jié)構(gòu)與被動式相似，液體為電流變液體。

3.4.3 ?主動式

由傳感器、作動器、控制器和被動式組成，按作動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器與被動式并聯(lián)組成，利用被動式隔離低頻振動，通過電磁作動器衰減高頻振動。

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

4 ?關(guān)鍵特性

以寶駿730變速器左橡膠懸置和發(fā)動機右液阻懸置為例，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向動剛度（振幅0.05 mm，頻率10 Hz、25 Hz、200 Hz時對應動剛度分別≤325 N/mm、≤365 N/mm、≤645 N/mm）、臺架疲勞特性。

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

4.2 ?發(fā)動機右液阻懸置

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時對應損耗角分別≥45 ？觷）;Z向動剛度（振幅0.05 mm，頻率10 Hz、25 Hz、200 Hz時對應動剛度分別≤320 N/mm、≤320 N/mm、≤600 N/mm）;臺架疲勞特性。

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

4.3 ?解 ?析

損耗角的要求清晰反應了懸置在受低頻大幅激勵時要求其大阻尼，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。

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

5 ?結(jié) ?語

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行質(zhì)量管理工作。

參考文獻：

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