浅谈动力总成悬置的发展及关键特性

杨洁

摘  要：由于动力总成振动主要源于发动机振动，文章通过浅析发动机振动，介绍了动力总成悬置的功能、发展及关键特性。

关键词：橡胶悬置;液阻悬置;动刚度;损耗角

中图分类号：U461.1     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）02-0083-02

1  发动机振动

对发动机来说，基本受两个振源激励，一个来自路面，一个来自发动机本身及传动系统。来自路面的激励基本属于低频范围，一般在2.5 Hz以下，主要是通过悬架系统传递给发动机，而来自发动机的频率可分为点火激励和惯性激励。

点火激励是发动机点火做功，曲轴输出脉冲扭矩，导致发动机反作用矩的波动，从而使发动机产生周期性扭转振动，其扭转振动频率即为发动机点火频率，可在曲轴前端装置扭转减振器以改善曲轴扭振特性。以直列四缸机为例，若怠速为750 R/M，则二阶点火频率为25 Hz。

惯性激励是发动机不平衡旋转和往复不规律运动所引起的力/力矩。以直列四缸机为例，曲轴不平衡旋转可通过平衡重来平衡;一阶往复惯性力/力矩、二阶往复惯性力矩均平衡，主要是二阶往复惯性力不平衡，且发动机转速越高，二阶往复惯性力越大，可通过双轴平衡机构来平衡。

因此，直列四缸机所受非路面的激励主要是低速阶段的二阶扭转振动和高速阶段的二阶往复惯性力。

2  动力总成悬置的功能

动力总成悬置是连接动力总成与车身或副车架的一个关键件，主要起支承、限位、隔振的功能。通过合理的悬置设计，可有效降低动力总成振动向车身的传递，提高整车NVH性能。

2.1  支  承

悬置是一个支承元件，除承受动力总成的质量，其静刚度特性应能使其不至于产生过大的静位移而影响工作。

2.2  限  位

动力总成在受到各种动载荷的情况下，悬置的动刚度特性应能有效限制其最大位移，避免与相邻零件发生碰撞和干涉。

2.3  隔  振

一方面有效降低作为振源的动力总成向车身传递振动力，即积极隔振;另一方面衰减路面激励传递给动力总成的振动力，即消极隔振。其动刚度和损耗角随频率和振幅的变化特性尤为重要。

3  动力总成悬置的发展

3.1  螺栓刚性连接

汽车发展之初，动力总成直接靠螺栓刚性连接到车架，振动直接传递，这既影响了乘坐舒适性，又造成动力总成部件如曲轴箱和发动机支架的破坏。

3.2  柔性件及橡胶减振件连接

20世纪初，制造商开始使用柔性件，如皮革、布垫等连接动力总成和车架，以后又采用了橡胶减振件。值得注意的是，这样做的本来目的并不是为了减少动力总成振动向车架的传递，而是为了防止曲轴箱和发动机支架的破坏。

3.3  橡胶悬置

20世纪30年代初，四缸发动机被广泛应用，由于其强烈的二阶不平衡惯性力造成动力总成的振动更加突出，对整车舒适性的影响也大为增大。在这种情况下，制造商开始关注动力总成的振动控制问题，于是，将橡胶硫化到金属骨架上的橡胶悬置就被设计出来了。

随着橡胶悬置的快速发展，制造商开始关注不同工况下对悬置系统有不同的性能要求，即：

低频（1～50 Hz）、大幅（>0.3 mm）激励（工况：点火、熄火、换挡冲击、行驶于粗糙路面、急加/减速、转弯等），要求悬置系统大刚度、大阻尼，抑制动力总成晃动;高频（10～350 Hz）、小幅（<0.3 mm）激励（工况：发动机转速从怠速到最高转速），要求悬置系统小刚度、小阻尼，满足降噪要求。

但橡胶悬置损耗角基本不随频率变化，一般只有10 ？觷左右，不满足低频时大阻尼要求;且频率超过200 Hz时，其动刚度会突然增加，导致动刚度硬化，恶化了悬置的高频降噪性能。这些特性都限制了橡胶悬置的进一步发展，促使新一代悬置的研发。

3.4  液阻悬置

1962年，GM公司Richard Ras率先申请了液阻悬置的專利，70年代末，大众公司开始在Audi上应用液阻悬置。在随后的30多年里，世界上各大汽车公司都相应了研究开发了用于不同汽车的的液阻悬置系统，其控制方式也从被动控制式到半主动式和主动控制式，并取得了满意的效果。

3.4.1  被动式

主要是惯性通道—解耦膜—节流盘式，如图1所示，由橡胶主簧、惯性通道、解耦膜、节流盘、连接螺栓和橡胶底模等构成，其工作原理为。

当悬置受到低频、大幅激励时，解耦膜的位移幅值较大，达到其上极限和下极限位置，液体主要经过惯性通道在上液室、下液室之间流动，产生大阻尼作用;而当激励为高频、小幅时，惯性通道中的液体动态响应渐趋衰弱，主要依靠解耦膜的动态变形来吸收高频振动能量，以降低悬置动刚度。而节流盘的扰流作用增大了上液室流体紊流导致的能量损失，二阶非线性流体阻尼作用增强，从而有效抑制了惯性液柱的共振响应，同时节流盘也可以起到内部限位作用，避免动力总成下跳时移动过大的位移。

3.4.2  半主动式

根据输入信号（路况、行驶状态和载荷等）调整悬置参数优化其动特性，主要有电流变液式、磁流变液式、控制节流通道型、变截面型等。常见的电流变液式是指根据输入信号利用低功率作动器迅速调整液体粘度，增大悬置共振时的阻尼，其结构与被动式相似，液体为电流变液体。

3.4.3  主动式

由传感器、作动器、控制器和被动式组成，按作动器型式可分为电磁型、压电陶瓷型、电致伸缩型等。常见的电磁型是由电磁作动器与被动式并联组成，利用被动式隔离低频振动，通过电磁作动器衰减高频振动。

半主动式和主动式虽然性能更优越，但由于装置了控制器、传感器和作动器等元件，成本和能耗增加，可靠性降低，目前国内应用最多的还是被动式。不过随着国内外对半主动式和主动式的深入研究，这两类悬置也将被更广泛的应用。

4  关键特性

以宝骏730变速器左橡胶悬置和发动机右液阻悬置为例，作以下分析。

4.1  变速器左橡胶悬置

关键产品特性：各向静刚度、Z向动刚度（振幅0.05 mm，频率10 Hz、25 Hz、200 Hz时对应动刚度分别≤325 N/mm、≤365 N/mm、≤645 N/mm）、台架疲劳特性。

关键控制特性：配料（各成分配比）;混炼（密练温度、时间、转速、压力;开练时间、冷却时间）;硫化（温度、压力、时间）。

4.2  發动机右液阻悬置

关键产品特性：子系统（主簧、惯性通道、解耦膜、节流盘等）关键产品特性;密封性;各向静刚度;Z向损耗角（频率10 Hz，振幅0.5 mm、1 mm时对应损耗角分别≥45 ？觷）;Z向动刚度（振幅0.05 mm，频率10 Hz、25 Hz、200 Hz时对应动刚度分别≤320 N/mm、≤320 N/mm、≤600 N/mm）;台架疲劳特性。

关键控制特性：子系统关键控制特性;灌装（液体下进行、扣压力、扣压行程、保压时间）。

4.3  解  析

损耗角的要求清晰反应了悬置在受低频大幅激励时要求其大阻尼，频率定为10 Hz，与悬置系统垂向共振频率接近，能更好的抑制悬置系统的垂向共振响应。

动刚度的要求也清晰反应了悬置在受高频小幅激励时要求其小刚度，如频率从10～25 Hz（怠速），要求动刚度小于某值，是为了满足怠速隔振的需求，理想情况是怠速时的动刚度比静刚度还要低;而频率为200 Hz时，要求动刚度小于某值，是为了避免悬置过早产生动刚度硬化。

5  结  语

本文着重介绍了悬置的发展及关键特性，旨在帮助领域内质量工程师更好地了解悬置并进行质量管理工作。

参考文献：

[1] 郭荣，章桐.汽车动力总成悬置系统[M].上海：同济大学出版社，2013.