汽车发动机半主动悬置技术研究现状与展望

汽车发动机半主动悬置技术研究现状与展望
摘要：国内各大汽车厂和相关减振零部件配套厂在半主动悬置的开发上投入了
大量研发力量，取得了一定的成果，推进了这一技术的国产化研发及实车应用。

磁流变悬置具有优异的动特性连续可调性能，为实现发动机的宽频有效隔振提供
了手段，但由于成本的原因，目前还无法实现大批量生产，仅在豪华乘用车和一
些特种车辆上有一定应用。

关键词：汽车发动机；半主动悬置技术；研究现状；展望
前言
结构参数控制式半主动悬置在国外已经非常成熟，各大悬置生产商都有相关
产品。

而国内还处于研发和试生产阶段，要实现大批量生产和实车应用，还有很
多的技术难关需要突破。

1半主动悬置工作原理
图1为解耦膜刚度控制式半主动悬置结构示意图。

从图1可知，当悬置受到
外界低频大振幅激励时，橡胶主簧发生变形挤压上液室液体，受挤压的液体经惯
性通道流往下液室，由于惯性通道阻尼作用，液体的振动能量被衰减;当悬置受到外界高频小振幅激励时，由于液体的动态硬化效应，液体几乎不再经过惯性通道，此时主要由变形的橡胶主簧和解耦膜容纳被挤压的液体。

此外，半主动悬置通过
侧置的电磁阀控制解耦膜下端空气腔的开闭。

若空气腔关闭，气腔内部空气的体
积刚度增大，使解耦膜和上液室的体积刚度增大，导致悬置整体表现为大刚度大
阻尼特性;若空气腔打开，气腔内部空气自由流动，解耦膜刚度变小，导致上液室体积刚度变小，悬置整体表现为小刚度小阻尼特性。

2结构参数控制式半主动悬置
结构参数控制式半主动悬置依靠真空或电磁阀等来改变半主动悬置内部的节
流通道流通面积、长度以及解耦膜下方空气室的开闭，来实现不同模式之间的切换，是目前普遍采用的半主动悬置结构形式。

根据控制力的来源不同，其分为真
空可调式和电磁可调式两种。

2.1真空可调式半主动悬置
真空式半主动悬置主要通过真空负压来改变悬置的内部结构，实现不同模式
之间的切换，又分为控制节流通道式和控制气体弹簧压力式。

2.1.1控制节流通道式
本田雅阁轿车和宝马725所使用的前悬置是控制节流通道式半主动悬置，这
种半主动悬置通过真空阀控制悬置上下液室之间的旁通道，从而改变上下液室的
贯通形式，实现怠速工况下的小刚度，以衰减怠速抖动。

闵海涛等采用键合图理
论和试验相结合的方法对此种悬置的动特性进行了深入研究。

在怠速工况下，节
流孔闭合和开启两种状态下悬置的动刚度的比值为3倍左右，阻尼滞后角比值为
4倍左右。

2.1.2控制气体弹簧压力式
控制气体弹簧压力式半主动悬置是通过控制气室的真空度改变橡胶主簧和上
液室的接触状况，从而实现橡胶悬置和液压悬置两个模式的切换。

气室位于橡胶
主簧和上液室之间。

在正常工况（非怠速）下，真空阀打开，橡胶主簧和上液室
直接接触，此时悬置的动特性与液压悬置类似。

在怠速工况下，真空阀关闭，气
室内充满空气，由于空气的不可压缩性导致橡胶主簧的振动无法直接传递至上液
室，此时悬置动特性与传统橡胶悬置类似。

2.2电磁可调式半主动悬置
电磁可调式半主动悬置主要通过电磁阀等电动装置来改变悬置的内部结构，
实现不同模式之间的切换，其有控制节流通道式和控制气体弹簧压力式等形式。

2.2.1控制节流通道式
控制节流通道式是通过改变节流通道（节流孔或惯
性通道）的几何特征，来实现液压悬置动态特性改变的。

a.节流通道数量控制式
张云清等人对控制多惯性通道进行了研究，BenjaminBarszcz也对多惯性通道
式液阻悬置进行了研究。

图2所示为多惯性通道式半主动悬置的动特性曲线，其
中1、2两条曲线分别表示该半主动悬置可能实现的两种不同动特性。

由图2可知，调节多惯性通道中各惯性通道的开闭可实现悬置动特性曲线谷值频率的移动。

若将某一状态的谷值点调至怠速点，在怠速时切换惯性通道，就能保证怠速时悬
置的小刚度特性；而在非怠速时，多惯性通道式悬置可切换回按其它工况要求所
设计的模式，进而实现了不同模式之间的切换。

图2多惯性通道式半主动悬置动特性曲线
b.节流通道长度控制式
节流通道长度控制式半主动悬置是通过控制惯性通道的长度来改变悬置的阻
尼特性。

可以根据惯性通道长度的调整原理，其通过电控装置改变上下液室的液
体流通入口来实现惯性通道长度的改变。

徐志军曾试制出这种悬置，并进行了整
车试验。

试验结果表明，该悬置具有宽频带的隔振减噪性能。

2.2.2控制气体弹簧压力式
控制气体弹簧压力式半主动悬置又称为空气弹簧式半主动悬置或可变解耦膜
刚度半主动悬置，这种半主动悬置是国内主要采用的结构形式。

国内众多高校、
悬置生产商以及整车厂都有这方面的研究。

控制气体弹簧压力式半主动悬置是在解耦膜与下液室之间设置气腔，通过电
磁阀控制气腔的密闭状态，当气腔密闭时，上液室刚度较大，动刚度较大。

相反，当气腔打开时，上液室刚度减小，动刚度随之降低。

这种半主动悬置结构简单可靠，能有效降低悬置动刚度，缓解怠速抖动带来的不利影响。

2.3半主动悬置动特性
液压悬置中液体的液柱共振频率为：
（1）
式中，k为液柱等效刚度；m为液柱等效质量；K1为上液室体积刚度；L为
液阻悬置节流通道等效长度；ρ为液体密度；A为节流通道等效面积。

半主动悬置均是基于ρ、K1、L和A4个参数的调节来实现的。

电、磁流变悬
置通过ρ来调节其动特性，结构参数控制式半主动悬置则利用电磁或真空制动装置，通过K1、L和A3个参数来调节其动特性。

3橡胶悬置
橡胶悬置被用于隔离发动机的振动始于1930年，此时由于汽车上广泛应用四缸发动机，它的严重不平衡二阶惯性力造成动力总成的振动尤为突出，致使整车
振动加大。

为了降低振动，提高乘坐舒适性，人们进行了悬置元件本身结构性能
的设计，把橡胶硫化到各种形状的金属骨架上，形成了各式结构的橡胶悬置。

此后，橡胶悬置技术取得了很大的发展，设计人员通过适当选择防振橡胶的形状、
尺寸，可以使其３个方向（垂向、横向、纵向）的刚度系数达到所希望的数值，
并通过橡胶分子之间以及橡胶与填充剂之间相互作用产生的内摩擦衰减作用有效地隔除发动机的振动。

硫化橡胶的内摩擦比金属弹簧大1000倍以上，能够有效地降低谐振时的振幅，并使自由冲击产生的衰减振动尽快停止。

但是，橡胶材料耐温、耐油性能较差，用天然橡胶制成的减振橡胶块，通常不能在７０℃以上的温度下使用，而月．橡胶悬置在高频时具有较大的动刚度，试验表明，当激振频率高于２００Ｈｚ时，橡胶悬置的动刚度会突然增加。

这就导致了它在低频和高频的环境中顾此失彼，使本身的减振降噪能力部分损失。

结束语
发动机悬置是隔离发动机与车架之间振动传递的主要部件，由于橡胶悬置在性能上的局限性，逐步被液压悬置取代。

尽管被动液压悬置在一定频段内显著提高了乘坐舒适性，但由于其在高频激励时存在的动态硬化，使其仍然无法满足现代中高级轿车对车内舒适性的要求，因此人们开始研究半主动和主动悬置。

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