發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)懸置及半主動(dòng)懸置系統(tǒng)研究綜述

孫占紅　李富和

【摘 要】理想的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有效地隔離因發(fā)動(dòng)機(jī)干擾力所引起的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，并防止發(fā)動(dòng)機(jī)因路面激勵(lì)作用而發(fā)生的振動(dòng)。這表明發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的動(dòng)態(tài)特性和阻尼應(yīng)具有頻變特性和幅變特性。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的發(fā)展大多集中于提高頻變特性和幅變性能。半主動(dòng)技術(shù)通常用來進(jìn)一步提高被動(dòng)式液壓懸置的性能，使它們更可調(diào)；發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)懸置系統(tǒng)在低頻時(shí)具有大的剛度而在高頻時(shí)具有小剛度，這樣能有效地隔離振動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī)懸置；主動(dòng)懸置；半主動(dòng)懸置

一、引言

一般來說，車輛懸置系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和幾個(gè)與車架相連的懸置?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)懸置已經(jīng)成功地將駕駛員和乘客與發(fā)動(dòng)機(jī)引起的噪聲和振動(dòng)隔離。盡管如此，仍然有必要進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)懸置系統(tǒng)的性能。

被動(dòng)式液壓懸置不能解決車輛工作過程產(chǎn)生的所有問題。雖然當(dāng)受到簡(jiǎn)單正弦激勵(lì)時(shí)，普通解耦式液壓懸置表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，但由于解耦器的非線性，這類懸置對(duì)疊加的激勵(lì)輸入并不起作用。

為了解決被動(dòng)式液壓懸置的一些問題并改進(jìn)他們的動(dòng)態(tài)性能，半主動(dòng)式液壓懸置和主動(dòng)式液壓懸置控制技術(shù)已經(jīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。在半主動(dòng)控制方面，通過控制一個(gè)或更多的系統(tǒng)參數(shù)來調(diào)整系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在更多情況下，半主動(dòng)振動(dòng)控制的基本觀念是通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的動(dòng)態(tài)特性（如阻尼）來衰減振動(dòng)的能量。這個(gè)方案常常在開環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，一旦能量被衰減后就不再存在穩(wěn)定性的問題。在另一方面，在主動(dòng)控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的控制力抑制了擾動(dòng)力向系統(tǒng)的傳遞。換言之，就是提供一個(gè)主動(dòng)的能量源持續(xù)地抵消目標(biāo)能量源，此方案常在閉環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)用。

二、半主動(dòng)懸置

采用半主動(dòng)控制機(jī)理的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置叫做半主動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置。半主動(dòng)控制能通過控制系統(tǒng)參數(shù)來改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。半主動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置能夠控制的系統(tǒng)參數(shù)是彈性剛度和阻尼。在半主動(dòng)液壓懸置系統(tǒng)中，通過分別改變液體內(nèi)射壓力和節(jié)流孔大小來改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度和阻尼，以此來達(dá)到控制系統(tǒng)共振頻率的目的。在大多數(shù)情況下，由于它的單一性，我們首選阻尼的控制。在半主動(dòng)懸置控制中，人們注意到當(dāng)有電場(chǎng)存在時(shí)，電流變液體的速度將發(fā)生改變。我們可以使用這個(gè)特性來控制系統(tǒng)阻尼。發(fā)動(dòng)機(jī)半主動(dòng)懸置系統(tǒng)通常包含一個(gè)有可控要素的被動(dòng)懸置和一個(gè)控制機(jī)構(gòu)。幾乎所有的半主動(dòng)懸置在文獻(xiàn)中都是液壓懸置。液壓懸置的力學(xué)模型如圖1所示。在這個(gè)模型中，調(diào)整移動(dòng)質(zhì)量M來改變阻尼力從而控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。電流變液體懸置的結(jié)構(gòu)與普通液壓懸置相似，不同的是電流變液體懸置的液體在電場(chǎng)中，節(jié)流孔由有高電壓的電極相互連接。因?yàn)殡娏髯円后w由于電場(chǎng)的存在而改變了它的粘度，與流速成比例的阻尼力成為控制力并由高電壓控制。電壓的相位和波形是可調(diào)的。半主動(dòng)系統(tǒng)基于一階sky-hook系統(tǒng)原理，并能提高低頻振動(dòng)式的阻尼。

大多數(shù)的半主動(dòng)液壓懸置系統(tǒng)都對(duì)系統(tǒng)參數(shù)很敏感。關(guān)于這些系統(tǒng)的研究表明只有通過廣泛的參數(shù)研究，才有可能完成懸置系統(tǒng)的最佳改進(jìn)。發(fā)動(dòng)機(jī)半主動(dòng)懸置系統(tǒng)主要用來提高系統(tǒng)在低頻時(shí)的性能。為提高在高頻時(shí)的隔振性能，通常采用主動(dòng)控制技術(shù)。

三、主動(dòng)懸置

在主動(dòng)懸置中，為了抑制系統(tǒng)擾動(dòng)力矩的傳遞，會(huì)由一個(gè)或多個(gè)作動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)的抵消力。換言之，用一個(gè)主動(dòng)能量源持續(xù)地抵消目標(biāo)能量。一個(gè)主動(dòng)懸置包含一個(gè)被動(dòng)懸置（橡膠的或液壓的）、作動(dòng)器，一個(gè)振動(dòng)傳感器和一個(gè)電力控制機(jī)構(gòu)。被動(dòng)式懸置用于在作動(dòng)器失效時(shí)支撐發(fā)動(dòng)機(jī)。作動(dòng)器用于對(duì)控制信號(hào)作出快速反應(yīng)，提供主動(dòng)力用于衰減振動(dòng)。振動(dòng)傳感器可以看成是一個(gè)力傳感器或一個(gè)向控制機(jī)構(gòu)提供控制信號(hào)的加速計(jì)，控制機(jī)構(gòu)調(diào)整作動(dòng)器產(chǎn)生的力的幅值和相位，以此來降低振動(dòng)。控制機(jī)構(gòu)既是信號(hào)源又是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主動(dòng)振動(dòng)控制是在閉環(huán)控制機(jī)構(gòu)中利用一個(gè)線性傳感機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。電磁式液壓主動(dòng)懸置的力學(xué)模型如圖2和3 所示。在這個(gè)模型中，F(xiàn)表示由作動(dòng)器產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力。在這種情況下，一個(gè)電磁式作動(dòng)器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)力來抵消發(fā)動(dòng)機(jī)的擾動(dòng)力矩并降低怠速時(shí)的車架振動(dòng)。作動(dòng)器和普通發(fā)動(dòng)機(jī)電磁式懸置是分開的并安裝在底盤橫梁的前面部分。懸置和作動(dòng)器合成一體的形式比它們分開的布置形式有效。因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)內(nèi)部安裝一個(gè)能減震的系統(tǒng)比在結(jié)構(gòu)內(nèi)部直接找一個(gè)替代品更有效、更簡(jiǎn)單。目前，壓電式主動(dòng)懸置已經(jīng)得到發(fā)展。壓電驅(qū)動(dòng)器有非常高的靈敏度，但它的作用位移很小并要求用一個(gè)合適的機(jī)構(gòu)來增加位移幅值。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)外，主動(dòng)懸置的剛度和被動(dòng)懸置（橡膠的和液壓的）在任何頻率情況下都是等效的。在擾動(dòng)力頻率下，一個(gè)控制機(jī)構(gòu)指示主動(dòng)懸置變軟（減小加速度或力傳感器信號(hào)）。主動(dòng)懸置能夠克服被動(dòng)懸置的一些局限性，例如，主動(dòng)式橡膠懸置在低頻時(shí)有大剛度，而在高頻時(shí)有小剛度。在發(fā)動(dòng)機(jī)跳動(dòng)頻率下調(diào)整主動(dòng)液壓懸置，使其具有適當(dāng)?shù)淖枘岵⑶以诟哳l時(shí)擁有較低的動(dòng)態(tài)剛度。

半主動(dòng)懸置用來改進(jìn)系統(tǒng)的低頻特征，如增加阻尼。主動(dòng)懸置在低頻時(shí)剛度較大，在高頻時(shí)必須調(diào)整到小剛度。為了提供較好的隔振效果，發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)懸置能夠承受較高水平的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。這也許將降低平衡軸的要求并使車輛的底盤更輕。主動(dòng)懸置使用傳感器、控制單元及能量源。與發(fā)動(dòng)機(jī)被動(dòng)懸置系統(tǒng)相比，主動(dòng)懸置系統(tǒng)導(dǎo)致質(zhì)量、成本和能量消耗增加，并降低系統(tǒng)的可靠性。主動(dòng)懸置的可靠性和經(jīng)濟(jì)性仍需進(jìn)一步的改進(jìn)，并主動(dòng)懸置將成為新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置。

四、結(jié)論

整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的性能不僅依賴于單個(gè)懸置的性能，同時(shí)也依賴于整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。被動(dòng)式液壓懸置不能解決車輛工作過程中產(chǎn)生的所有問題。半主動(dòng)技術(shù)通過使液壓懸置變得更可調(diào)來進(jìn)一步提高了液壓懸置的性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)懸置系統(tǒng)低頻時(shí)有較大剛度，高頻時(shí)調(diào)整為低剛度，以此來到達(dá)隔離振動(dòng)的目的。因?yàn)橹鲃?dòng)懸置使用傳感器、控制元件和能量源，將使發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)懸置系統(tǒng)的質(zhì)量增加，成本和能量消耗增加，并降低系統(tǒng)的可靠性。主動(dòng)懸置系統(tǒng)的性能，經(jīng)濟(jì)性和可靠性需進(jìn)一步改進(jìn)。發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)懸置系統(tǒng)是新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置。