车用被动液压悬置模型动态特性对比分析pdf2026-05-07 22:37:47
第29卷第3期 西华大学学报(自然科学版) 2010年5月 VOL 29．Nn3 ofXihua · Science Mav．2010 J叫mal Natural UniVersity 文章编号：1673．159X(2010)03枷63娟 车用被动液压悬置模型动态特性对比分析 毛剑峰，黄海波 (西华大学交通与汽车工程学院四川成都610039) 摘要：分析了纯阻尼孔式、浮动解耦盘式和直接解耦盘式三种被动液压悬置集总参数模型，介绍了集总参数 模型参数识别的测试装置和参数估计方法，对比分析了三种被动液压悬置在低频段(O～50Hz)和高频段(50一 250Hz)表现出的不同的动刚度和相位滞后角的特性。分析表明，纯阻尼孔式的动刚度最大，浮动解耦盘式的动刚 度在低频段增加得比纯阻尼式和直动解耦盘式迅速，直动解耦盘式的动刚度低频“硬化”和高频“软化”特征是三 种悬置中最明显的。 关键词：发动机液压悬置；解耦盘；集总参数模型；动刚度 中图分类号：TK411 文献标识码：A of CharacteristicsofModelsfor ComparatiVeAnalysisDynamic PassiVe Mounts HydraulicEngine MAO Hai-bo Jian-feng，HUANG (scIl捌矿z磷cn以^咖啪6如E，硒，le酬昭，胁啪协渤e糟毋，蕊明g也610039吼i眦) tlIree of m伽nts．Therearethree A咖ct：The l啪pedpar锄eter(LP)models paper眦iIlly如alyzes p∞sivehydmulicengine inertia mounts：HEM试tIl mountand p鹊8ivehydmIllicengine oIlly伽e tmck，direct-decouplerhydmulic direct-decouplerhydraIllic 咖uIlt．neintmducesthe usedfor tIle thetIlI．ee apparatusobtaining柚d p印er identifyingpa姗etel弓of l啪ped elsandalsoinm砌uc鹄t}lemethodof stiH．n∞s粕d of tIlree p踟eteresti瑚te．Comp耐s叩ofdy珊lIIlic ph鹬∞c11a嗡cteristicsp踮sive theminthelow conduc- hyd删Jlicen舀mmo咖ts舢flg fbqIlencydoⅡlain(0～50Hz)帅dhig}l hqll朗cy 州．111eresuhSo¨nedshowthttlle sti蜘essoftlleHEMwith tmckistlle oneinertia thelow d刖IIIlic only hig}l鹤t．In f呐uency如 of st“hess m叫ntincrea螂f缸tertIIalltllatofo山e瑙．nech删teri8ticof‘hard’觚d lIIain，tlledyTlaIIlic noatiIIg-dec叫plerhydL蛐lic ‘80R’int11elow domain舳d d咖ainis thethreemounts． f}equency highfrequency distinguished锄ong s碰fne鹋 1【eywords：hy出跏“cenginenl叫m；decoupler；lumpedp踟eterInodel；dynaIIlic O 引言 的被动液压悬置是纯阻尼孔式的，其结构见图1。 目前发动机被动液压悬置通常使用两种不同控 20世纪80年代中期被动液压悬置(HEM)出现 制幅频特性的形式。一种常见的被动悬置是通过浮 在汽车工业领域，其主要提供被动振动隔离以满足 动解耦盘的开关机理来实现振动幅值的敏感性控制 客户对汽车更舒适、更平顺的要求。液压悬置主要 (如图2所示)。另一种悬置的控制方法是直接通 提供两种工作模式，一种控制道路激励的低频高振 过一端固定在发动机上的解耦盘来实现减振作用， 幅振动，另一种控制发动机激励的高频小振幅振动。 这种悬置解耦盘直接接受发动机的激励(如图3所 这两种工作模式的实现主要基于悬置里面的解耦盘 示)。 与阻尼孔对液体以及橡胶与液体的相互作用。最早 收稿日期：2010旬3一lO 基金项目：围家科技部“863”计划项日(2003BA408824) 作者简介：毛剑峰(1983·)，男，硕士研究生，主要研究方向为发动机NVH、汽车振动与噪声。 edu．cn 万方数据 西华大学学报·自然科学版 20lO年 1 三种模型的基本假设 为了比较不同的分析模型，首先对它们的模型 假设前提及数学公式进行比较。为简化问题，三种 集总参数模型的假设条件可归纳为： (1)忽略悬置上面机械阻抗的承载影响； (2)橡胶被简化为只有在z方向上一个自由 度； (3)悬置内腔液体几乎是不可压缩的，其体积 刚度只依赖其配置形式与橡胶的昭氏硬度； (4)压力腔视为均匀一致； (5)忽略液体流动的惯性压力损失； 图l 纯阻尼孔的液压悬置的集总参数模型I (6)悬置的基座被固定在一个座子上面； (7)惯性通道的截面被简化为圆形； (8)忽略悬置弹簧随温度的变化率，及温度对 液体流动的影响； (9)橡胶元件在低频的动态刚度幅值与滞后角 渊很小，实际可以视为不变¨驯； (10)假定集总参数模型的状态变量为x，定义 广只俐] 簧 I刚剀b 为X1=(菇1，菇2，龙3)7=(PI，p2，Qi)7。 除了上面(1)～(9)条的基本假设，集总参数模 型Ⅱ还需要以下的假设条件： (1)这些参数忽略了解耦盘关闭时候的状态， _霹每一种解耦盘都视为一个常开的工作状态； (2)假定液体处于流动状态，液体通过通道的 图2浮动解耦盘式的液压悬置的集总参数模型Ⅱ 速度场为常量； (3)假定解耦盘常开的情况下，流动平衡方程、 动量转换方程、流体连续性方程完全可以定量描述 浮动解耦盘式悬置的线)大气压视为恒压； 等}6警 =山；专 (5)假定集总参数模型的状态参数x可以定义 簧 与模型I相比，集总参数模型Ⅲ包含了基本假 麟 设的(1)～(5)条，同时假定集总参数的状态变量X 麟 仉)7。 辨予 岛扩 三种集总参数模型都有各种不同的假设条件， 但是它们都有以下的几点特征： 图3 直接解耦盘液压悬置的集总参数模型m (1)对HEM的特性的预测，线性模型主要起定 性分析作用，非线性模型起定量分析作用。 以上三种集总参数模型都可以在参考文献中找 (2)建立线性集总参数的模型主要是为了定性 到m131。但几乎很少有基于不同模型之间的线性地分析HEM的动刚度与滞后角，同时评估滞后角 与非线性特性的对比研究，包括模型的优劣性、使用 的峰值频率值； 范围、假设条件等，基于此，本文对三种模型进行了 (3)建屯非线性集总参数模型主要是为了定量 对比研究。 地分析悬置的动刚度与滞后角。集总参数的非线期 毛剑峰等：车用被动液压悬置模型动态特性对比分析 65 模型的参数获取对非线性模型建立有重要的意义； 体的作用¨81。本质上讲，下腔柔度就像一个隔膜起 (4)假定橡胶的滞后角为常数，通过改变集总 作用，对整个系统体积刚度所起的作用甚微。下腔 的研究方法类似与上腔的研究方法。 参数K，，K，心，A。，，；(K为刚度，下标r，l，2分别代 表橡胶、上液腔、下液腔，A。为解耦盘的面积，‘为 惯性通道参数的实验识别与获取也可以用图4 所示的实验装置。通过固定解耦盘与惯性通道总成 惯性通道惯量)，HEM的动刚度与HEM滞后角峰值 可以被有效改变； 连接到参数识别腔上的连接盘上，解耦盘的参数获 2 模型的主要参数识别装置及方法 取与惯性通道的参数获取方法一致。使用最小二乘 法公式卢’=(扩u)一矿y(其中卢’是卢的最小二 主要参数识别实验装置为装有激振器的伺服控 乘法参数估计)，我们可以获取相关参数，见参考文 制液压缸。液压缸被夹紧在机械机座上，激振器的 献[3，5，16，18]。基于前面假设条件的非线性解耦 直线运动驱使液体流入到两腔或三腔的容积咀。通 盘参数的确定需要考虑非线性的动量守恒方程，同 过激振器的直线运动位移乘以活塞顶面积就可以把 时考虑解耦盘液体泄露引起的阻尼变化，这些因素 激振器的位移变化转化为液体的容积变化。保持活 对解耦盘的研究至关重要，可见参考文献[9，12， 塞的一侧处于大气压状态，激振器的运动驱使液体 14，16]。 通过连接管流入参数识别腔。识别腔由较厚且刚度 较好的聚丙烯酸材料制成，识别腔之间有铝合金连 3 三种模型的对比研究 接头。模块化的设计保证了不同的部件可以通过连 应用表1中的参数，可以对所研究的悬置分别 接盘固定在识别腔上，不同测试部件方向遵循液体 在低频和高频中进行动态特性的仿真研究。在不同 流动的方向。高频的压电传感器用来测蕾识别腔的 的激振幅值条件下，对悬置的动态特性进程对比研 压力变化，压电传感器的电信号也可以作为解耦盘 究。非线性模型是仿真中主要考虑的对象，非线性 上下压力变化的输出信号。 模璎的分析过程与线性模型的分析过程是相似的， 因此，主要给出线性模型的分析思路图作为其他分 析过程的参考。但是，应该强调的是非线性模型的 分析过程必须考虑很多非线性的液一固因素。 ^ 表l模型参数(针对浮动式与直动式) 心=12．1×10—6 6．=O．5N·8／Ⅻ 矗=266N／m li=23．7∞ kg／s／mm4 C。=3．1x104 凡=0．0 A：=83．98mm2X．=320N／mm m5／N C，=2．4x106 x10—8 b=7．8 九：5cm C．=2．5e—llm5／N m’／N kg／口4 x103 6．=0．15 固定面 X击“=O．5lm^d=1．96e一3m2C2=2．4e一9m5／N Kg／s ①电磁变频激振器②连接管③识别腔④连接盘 2640mm2 ^0 工o=O．0332mm＆=1．1Ⅻ吼：1．4e7N·∥m5 ⑤高频压电传感器 毗=4．15×10—6 图4参数识别实验设备 A。=2800m2 k=4m‘=2．8e6k∥m4 k∥Ⅻ7 在参考文献[4，5，14]中，非线性刚度蟹、阻尼 R．：9．8×IO一5 凡=1．02×10—16 月。=1．4e8N·∥m5 6，等参数被定义为基于振动幅值、频率、载荷力参数 Kg／s／Ⅲ4 kg／∥mm4比=I．22e一4m2 变化的函数。可以通过以上的实验设备获取主要识 Qo=1．05×lO一5 _：r。=l×lO一6mm 詹’i=o．0 X2=l×lO一8m 别参数，也可以用有限元方法获取参数。有限元分 rrnj／s 8×105tTlrn5 Po=1．OI×10’5 c3=2 析主要需要运用一些动力学软件，例如ANSYS，L=4．2×lO一6 A口=1600mm2 N／mm2 mount) k∥mm4 (D—type ／，v(D—typeⅡ，口um) ADINA等，但是有限元方法也必须接受最前面的基 单独对解耦盘做激励响应研究，显示在不同的 本假设条件，最终需要实验验证。在论文归纳对比 液体流动状态下解耦盘惯鼍保持不变，而在此过程 中，主要用实验方法获得主要的参数。橡胶的有效 中显示流动阻力是增加的(在频域内)。对所研究 泵压面积A。主要受预载力的影响。获取橡胶的主 的悬置，通过二乘法识别参数如下：厶=8．30×10q 要参数(K，，6，)的方法是去除悬置内液体作用，然 x 7=4．35 kg／m面4，尺d=4．62×10—6kg／s·mm4，Rd 后单独测量上腔的参数。被动液压悬置可视为单腔 承受载荷的悬置，主要因为有一腔只是起到转移液 万方数据 西华大学学报·自然科学版 20lO年 7。 由于独立测试条件下，机座是固定的(见图4)． 10—5kg／s·mm4，Rf’=4．51×10—13kg／mm 三种模型的数学模型推导归纳如下： 反映到数学模型中，即在所有等式下，x，被假定为 (1)纯阻尼孔式悬置的集总参数模型归纳推导 零。液压悬置的支反力来自于橡胶弹性体与液体两 见图5，这种模型的推导与建立利用了液体连续性 部分，而传统的橡胶悬置的支反力来自于橡胶本身。 方程与动量守恒方程。得到状态方程后，在其上施 橡胶元件可以被简化为线性元件，液体系统作用可 加激励，然后对状态方程进行拉氏变换。激励的拉 以被当作线性与非线性情况来处理。考察HEM特 氏变换除以位移的拉氏变换得到动刚度，然后可以 性主要考察液固作用情况与激振幅值变化。这些简 计算出阻尼值。共振频率可以从状态方程得到。 化与假设对于三种悬置都相同。 (3)直接解耦盘式液压悬置集总参数模型归纳 ：『： ：麓1 推导见图7，其推导过程与纯阻尼式类似。 Uflj划fj．R，fl F蠢搋副：)r2巾l·，2，西Z·铣J’ po o 龋HH墨鐾豸鐾舅鎏体 lo1 ．1 爿=lo‘c3‘ loo o ThrstalP bo o equati。n：膏咄·B l l F(r)=墨x十B声十爿尸。 肛 n旧m o o o 『o 嵋1 mo。‘o o o o≮K I I l 4Io o o o I o l／，·l／，．R，，皿o 19t+R莎t+‘K，K如 L代表拉氏变换 ”m．∥ o舻 。矗。。％ O，0，O)7 l o-R。，列 =墨鲁删 且S一，o) b忆-l亿o 段s)=“Rf))见似ol。：。。 集总液体质量 母印州勰…。=墨悄 液体运动连续性 共振频率： 方程 质鼋功最打毪 I 墨量鎏蔓窒鋈竺J nIestale 厂=六怦 屹=厢，咖=a州■憾) cquaIioII：Ⅳ=。4Ⅳ+B =击芦严 c=■sin(咖)／“ ＼M≯d+B乒iIA舻fP0 L代表拉氏变换 图5纯阻尼孔式悬置的集总参数模型的归纳推导 ■ij+B$。。A驴f阳 且s=J”
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