動(dòng)力吸振器在懸置系統(tǒng)隔振中的應(yīng)用

周旭峰

蕪湖凱翼汽車有限公司

動(dòng)力吸振器在懸置系統(tǒng)隔振中的應(yīng)用

周旭峰

蕪湖凱翼汽車有限公司

介紹了動(dòng)力吸振器的原理及在整車NVH性能開發(fā)中的應(yīng)用。針對(duì)某款轎車噪聲振動(dòng)的實(shí)際問題，對(duì)噪聲來源，傳遞路徑進(jìn)行了測(cè)試，并通過有限元分析驗(yàn)證了右懸置支架為噪聲的主要傳遞路徑。采用了在右懸置支架上安裝動(dòng)力吸振器的隔振方式來解決問題，并根據(jù)空間位置、動(dòng)力吸振器的固有頻率目標(biāo)值和試驗(yàn)測(cè)試確定了動(dòng)力吸振器的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和靜剛度范圍。動(dòng)力吸振器在懸置系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效地減小發(fā)動(dòng)機(jī)某一頻率的噪聲，提高整車的NVH性能。

動(dòng)力吸振器；懸置系統(tǒng)；隔振；有限元分析

式中：

對(duì)方程(2-3)進(jìn)行拉普拉斯變換，F(xiàn)(s)=L[F(t)]，可以得到主系統(tǒng)和激勵(lì)的變換方程，吸振器與主系統(tǒng)相對(duì)位移和激勵(lì)的變化方程：

1 概述

懸置系統(tǒng)的一個(gè)重要功能就是隔離由發(fā)動(dòng)機(jī)和路面不平產(chǎn)生的振動(dòng)向車架及駕駛室的傳遞，降低振動(dòng)噪聲。但懸置系統(tǒng)由于其自身缺陷并不能完全隔離高頻的振動(dòng)和噪聲，特別是在后期發(fā)現(xiàn)無法更改的設(shè)計(jì)缺陷時(shí)，可以采用在懸置支架上安裝一個(gè)動(dòng)力吸振器來減小高頻的振動(dòng)頻率，加寬這部分帶寬，達(dá)到減振和提高NVH性能的目的。

本文針對(duì)某國(guó)產(chǎn)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)異響的實(shí)際問題，應(yīng)用動(dòng)力吸振器的吸振原理和切斷噪聲傳遞路徑的隔振方法，通過分析和試驗(yàn)驗(yàn)證了動(dòng)力吸振器的隔振性能和實(shí)際效果。

2 動(dòng)力吸振器在整車NVH性能中的應(yīng)用

隨著人們對(duì)整車NVH性能的要求日益提高，因此降低系統(tǒng)和零部件的噪聲振動(dòng)變得越來越重要，汽車上的吸聲材料和隔聲材料也用得越來越多，阻尼材料也有廣泛的應(yīng)用。為了減小某個(gè)頻率的振動(dòng)，動(dòng)力吸振器在汽車很多部件上都有應(yīng)用。例如排氣系統(tǒng)上用動(dòng)力吸振器來降低排氣系統(tǒng)的兩個(gè)振動(dòng)峰值和低頻噪聲；發(fā)動(dòng)機(jī)的扭轉(zhuǎn)動(dòng)力吸振器用來減小發(fā)動(dòng)機(jī)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；動(dòng)力裝置對(duì)于車體來說就是一個(gè)動(dòng)力吸振器[1]；又或者在發(fā)動(dòng)機(jī)隔振器的支架上安置小的動(dòng)力吸振器來減小某個(gè)頻率的振動(dòng)。

3 動(dòng)力吸振器的原理

動(dòng)力吸振器的目的主要是減振，是通過吸收主振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)能量，達(dá)到降低主系統(tǒng)振幅的目的，尤其是防止系統(tǒng)在外加激勵(lì)頻率跟主系統(tǒng)相近時(shí)產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。其工作的頻率范圍基本上在外加激勵(lì)頻率在主系統(tǒng)頻率的兩倍范圍內(nèi)。

圖1 典型二自由度動(dòng)力吸振器及主系統(tǒng)模型

其中p表示外加激勵(lì)的幅值，ω表示外加激勵(lì)的圓頻率。主系統(tǒng)和吸振器的剛度及阻尼均為線性，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程為：

化簡(jiǎn)并表示成矩陣形式可得：

其中，

主系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)幅值為：

由以上理論可以得到當(dāng)外加激勵(lì)頻率值與吸振器頻率相等時(shí)，主系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值最小。另外，阻尼的大小也會(huì)影響系統(tǒng)的幅值變化，當(dāng)阻尼很小時(shí)，系統(tǒng)存在二階共振峰，隨著阻尼增大，共振峰會(huì)變??；當(dāng)經(jīng)過某個(gè)臨界時(shí)時(shí)，系統(tǒng)只有一個(gè)共振峰，阻尼再增加后，系統(tǒng)的共振峰葉隨之增大。因此，設(shè)計(jì)動(dòng)力吸振器必須考慮以下三個(gè)因素：質(zhì)量、剛度和阻尼。

4 動(dòng)力吸振器在懸置系統(tǒng)隔振中的應(yīng)用實(shí)例

本文針對(duì)某國(guó)產(chǎn)轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、振動(dòng)的實(shí)際問題，通過對(duì)噪聲的測(cè)試發(fā)現(xiàn)在中心頻率380Hz～420Hz時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)有咕嚕聲，最大聲壓為75.4dB。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)附件系統(tǒng)的噪聲排查時(shí)發(fā)現(xiàn)右懸置支架在該頻率下發(fā)生了共振，拆下車身側(cè)右懸置后的響應(yīng)曲線，在380Hz～420Hz時(shí)最大聲壓為71.2dB(如圖2拆除右懸置前后對(duì)比測(cè)試)。因此初步確定噪聲是通過發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的右懸置支架與車身側(cè)右懸置連接處傳遞到車廂內(nèi)。對(duì)比懸置支架一階固有頻率的分析結(jié)果(表1所示)，進(jìn)一步證實(shí)了右懸置支架為噪聲的傳遞路徑?？紤]到懸置軟墊在高頻隔振性能不高，并且無法從根本上消除聲源，采取了在右懸置支架上安裝動(dòng)力吸振器的方式，減小噪聲源的振動(dòng)。

根據(jù)動(dòng)力吸振器的減振原理，動(dòng)力吸振器的一階模態(tài)目標(biāo)頻率為400±20Hz。通常情況下，動(dòng)力吸振器的質(zhì)量與主系統(tǒng)的質(zhì)量比μ越大，吸振效果越好[3]。但是動(dòng)力吸振器的質(zhì)量太大會(huì)導(dǎo)致體積增大，影響安裝布置，因此取質(zhì)量比μ＝0.1,則該動(dòng)力吸振器質(zhì)量m2

大約為0.5kg。試制一批樣件進(jìn)行一階固有頻率試驗(yàn)測(cè)試及對(duì)比，初步確定了動(dòng)力吸振器橡膠的硬度為57HS，靜剛度k2為1138N/mm，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由結(jié)果可知該動(dòng)力吸振器的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅值集中在376Hz～420Hz之間，證明該動(dòng)力吸振器固有頻率基本滿足目標(biāo)頻率值。

安裝該特性參數(shù)動(dòng)力吸振器后，噪聲明顯消失，由圖4可以看出在380Hz～420Hz時(shí)最大階次噪音下降7.7dB。

圖2 拆除右懸置前后車內(nèi)噪聲測(cè)試曲線

表1 懸置支架一階模態(tài)分析結(jié)果匯總

圖3 動(dòng)力吸振器固有頻率測(cè)試結(jié)果

圖4 安裝動(dòng)力吸振器前后階次噪音對(duì)比

[1]龐劍，何華.汽車噪聲與振動(dòng)——理論與應(yīng)用.北京理工大學(xué)出版社.

[2]陳繼峰.具有非線性剛度動(dòng)力吸振器的隔振系統(tǒng)半主動(dòng)控制研 究.華中科技大學(xué)碩士論文，2006年4月.