液壓襯套和橡膠襯套對整車舒適性影響分析

吳 罡，張 靜，吳 澈

（奇瑞汽車股份有限公司 汽車工程技術(shù)研發(fā)總院，安徽 蕪湖 241006）

隨著人們對汽車乘坐舒適性要求的日益提高，如何改善汽車的舒適性能已經(jīng)成為熱點(diǎn)研究課題，懸架襯套是汽車懸架系統(tǒng)重要隔振元件，在懸架襯套中，液壓襯套比傳統(tǒng)橡膠襯套有更好的動態(tài)性能，能夠起到更好的減振降噪的作用。

對比分析傳統(tǒng)橡膠和液壓襯套對整車舒適性能的影響，首先了解液壓襯套工作原理，其次通過試驗(yàn)設(shè)備測量液壓襯套、橡膠襯套的靜態(tài)力學(xué)特性和動態(tài)力學(xué)特性，并通過ADAMS軟件，搭 建整車仿真模型，并對整車模型進(jìn)行平順性仿真，對比分析靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度的改變對整車平順性的影響。最后通過改制一臺份Mulecar樣車，將控制臂后點(diǎn)襯套作為單一變量，并通過主觀評價(jià)、客觀測量，評價(jià)液壓襯套和橡膠襯套對舒適性的影響。

1 液壓襯套結(jié)構(gòu)和工作原理

液壓襯套主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制臂液壓襯套包括外管、骨架、內(nèi)管、流道板、中骨架、橡膠主簧及乙二醇水溶液等。

圖1 襯套結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理如圖2所示，在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了兩個液室和連接液室的慣性通道，當(dāng)受到載荷時，內(nèi)外管相對位置發(fā)生改變，兩個液室變形，液體在慣性通道內(nèi)來回流動。液體內(nèi)部的內(nèi)摩擦作用和液體與慣性通道的摩擦以及變截面、拐彎等節(jié)流損失，導(dǎo)致兩液室壓力不等。液體的來回流動消耗了大量的能量，起到隔振作用[1]。

圖2 工作原理示意圖

2 ADAMS動力學(xué)仿真

2.1 測量液壓襯套、橡膠襯套參數(shù)

將競品液壓襯套和橡膠襯套放置于試驗(yàn)臺上，靜剛度測試條件：測試速度為10 mm/min，剛度取值范圍為±500 N/mm。靜態(tài)測試剛度如表1所示。動剛度測試條件：測試振幅為±0.1 mm，掃描頻率為1～100 Hz，測試動態(tài)相位角和動剛度。動態(tài)性能如圖3、圖4所示。

圖3 動態(tài)相位角@PP01

圖4 動態(tài)剛度@PP01

表1 靜態(tài)測試剛度參數(shù)

通過對比液壓襯套和橡膠襯套的阻尼角和動剛度，液壓襯套能提供較大的阻尼和低動剛度，即可實(shí)現(xiàn)低頻減振。將試驗(yàn)測量襯套剛度，代入ADAMS襯套文件中，修改襯套剛度曲線[2]。

2.2 建立整車模型

ADAMS CAR 根據(jù)整車硬點(diǎn)坐標(biāo)、各個模塊的系統(tǒng)參數(shù)，對各個子模塊進(jìn)行建模。主要步驟如下：1）創(chuàng)建整車模型；2）調(diào)整質(zhì)量參數(shù)；3）調(diào)整整車轉(zhuǎn)動慣量；4）設(shè)置車輪通過路面；5）設(shè)置解算器和校正器。

整車模型如圖5所示。本次仿真工況為減速坎工況，時速30 km/h。首先對橡膠襯套整車模型進(jìn)行仿真，仿真完畢后，選擇液壓襯套進(jìn)行整車模型仿真分析[3-4]。

圖5 整車模型示意圖

2.3 數(shù)據(jù)后處理

通過整車模型1（橡膠襯套）、整車模型2（液壓襯套）依次通過減速坎30 km/h，測量前排X向加速度，前排Z向加速度如表2所示，曲線如圖6、圖7所示。

表2 加速度測量值

圖6 整車Z向加速度

圖7 整車X向加速度

在ADAMS后處理軟件中，主要通過峰值和均方根（Root Mean Square, RMS）表征加速度。

由加速度Z向時域曲線來看，液壓襯套對Z向沖擊不是很敏感（圖6）。由圖7知，液壓襯套對X向的沖擊很敏感。

3 主觀評價(jià)和客觀測量

3.1 方案策劃

首先基于公司一車型，將控制臂后點(diǎn)橡膠襯套，更改為液壓襯套。其次將橡膠襯套組合（控制臂橡膠襯套1+副車架1）裝配至一車型，將加速度傳感器布置在座椅導(dǎo)軌處，采集加速度信號。按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行主觀評價(jià)。待評價(jià)完畢，更換成液壓襯套組合（控制臂液壓襯套2+副車架2），并再次進(jìn)行主觀評價(jià)。橡膠襯套組合如圖8所示。液壓襯套組合如圖9所示。

圖8 橡膠襯套組合結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 液壓襯套組合結(jié)構(gòu)示意圖

主觀評價(jià)主要考察一階舒適性、二階舒適性、沖擊感對舒適性的影響。主觀評價(jià)結(jié)果如表3所示[5]。

表3 主觀評價(jià)

由表3知，液壓襯套對一階舒適性不敏感，對二階舒適性略有改善，對沖擊感有明顯改善。主要體現(xiàn)在簧下質(zhì)量跳動、平順性、方向盤振動方面，前排沖擊比較柔和，沖擊聲音品質(zhì)有所提升。

3.2 客觀測量

客觀測量主要通過在座椅處布置加速度傳感器，采集各個工況加速度信號完成。

3.3 數(shù)據(jù)處理

采用LMS軟件，對采集加速度信號進(jìn)行處理。一階舒適性和二階舒適性通過PEAK+RMS表征。PEAK為曲線的峰值，峰值指一個周期內(nèi)，測試信號最高值和最低值之間的差值，即最大值和最小值之間的范圍[6]。

RMS為曲線的均方根。

沖擊感通過汽車平順性（Vibration Dose Value, VDV）表征，單位為ms-1.75。

式中，αw(t)為加權(quán)加速度時間歷程，m/s2；T為測量時間長度，s。

3.4 結(jié)論

從客觀測量數(shù)據(jù)來看，通過液壓襯套與橡膠襯套特征值測量數(shù)據(jù)對比，結(jié)果如表4所示。

表4 客觀測量試驗(yàn)結(jié)果

1）一階舒適性方面，液壓襯套略差；

2）在二階舒適性方面，液壓襯套和橡膠襯套相當(dāng)；

3）沖擊感方面，液壓襯套優(yōu)于橡膠襯套；

4）沖擊感方面，整車X向貢獻(xiàn)率優(yōu)于整車Z向貢獻(xiàn)率。在鐵條路30 km/h，整車X向沖擊貢獻(xiàn)率優(yōu)于整車Z向。在減速坎30 km/h，整車X向沖擊貢獻(xiàn)率優(yōu)于整車Z向。

4 總結(jié)

本文通過對液壓襯套和橡膠襯套的理論分析，CAE整車方案，整車主觀評價(jià)和客觀測量，詳細(xì)闡述了液壓襯套對舒適性的影響。液壓襯套對整車平順的影響主要體現(xiàn)在沖感方面，整車X向和整車Z向均可感受到明顯提升，尤其在典型工況：減速坎，時速30 km/h，整車X向VDV降低高達(dá)42.9%。