橡胶衬套对汽车悬架系统NVH性能影响研究

５卷 第５期 第３ ０ １ ２年５月 ２
合肥工业大 学 学 报
（自 然 科 学 版 ）
Ｊ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ ＨＥ Ｆ Ｅ Ｉ ＵＮ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
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橡胶衬套对汽车悬架系统 ＮＶＨ 性能影响研究
李欣冉 ， 陈晓新 ， 王家恩 ， 汪明磊
（ ） 合肥工业大学 机械与汽车工程学院 ， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９
［ ］ １－２
］ 影响 。 文献 ［ 研究了轮胎充气压力对悬架组合刚 ３ 度的影响 ， 而悬架的组合刚度会影响悬架的 Ｎ ＶＨ 性能 ； 建立 了 悬 架 刚 度 和 轮 胎 径 向 刚 度 的 数 学 关 系； 研究的不足之处在于推导出的悬架刚度数学公 ］ 式比较简单 ， 忽略了构件的相互影响 。 文献 ［ 建 ４ 立了刚柔耦合 的 驾 驶 室 空 腔 模 型 ， 通过改变阻尼 系数 、 弹簧 刚 度 等 参 数 来 分 析 悬 架 对 汽 车 ＮＶＨ 性能的改善 ； 不足之处在于建模过程复杂 ， 不适当 的单元选择和结 构 简 化 会 导 致 仿 真 结 果 不 准 确 ，
５］ ， 得到学术界的 重 视 ［ 并在汽车工业得到广泛应
Ｉ ３ ＝λ λ λ ＝ １ Ｍ ｏ ｏ ｎ ｅ ｉ ｖ ｉ ｌ ｉ ｎ 模型可表示为 ： －Ｒ ｙ （１ －３ ） （ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ －３ ） Ｗ ＝Ｃ ＋Ｃ １ Ｉ ２ Ｉ
２ １
２ ２
２ ３
。对于大多数橡胶 其中 ， Ｃ １ 和Ｃ ２ 均为正定常数 ／ ２ ≈０ 而言 ， 比率 Ｃ 在应变 １ ． １～０ ． ２时， ５ ０％ 以 １ Ｃ 内可得到合理的近似 。 Ｍ ｏ ｏ ｎ ｅ ｉ ｖ ｉ ｌ ｉ ｎ模型由于 －Ｒ ｙ 简单和实用 ， 在研究中得到了广泛的应用 。 １ ． ２ 橡胶衬套材料特性有限元分析 由于橡胶材料的不 可 压 缩 性 ， 弹性模量 Ｅ 与 剪切模量Ｇ 关系为 ： Ｅ＝３ Ｇ。Ｇ、 Ｅ 与Ｃ１ 、 Ｃ ２ 的关 系为 ： ／ （ ） （ ） Ｇ ＝Ｅ ３＝２ Ｃ ５ １ ＋Ｃ ２ ， Ｅ ＝５ ． ５ ４ ＭＰ ａ 由汽 车 供 应 商 提 供 的 参 数 ， ／ ２ ＝０ ， Ｃ ． ２，可 得 Ｃ ． １ ５ ３ ９ ＭＰ ａ Ｃ １ Ｃ １ ＝０ ２ ＝ 。 本文利 用 有 限 元 软 件 ６ ＭＰ ａ ＭＳ Ｃ． Ｎ ａ ｓ ０ ． ７ ６ ９ － 对橡胶衬套刚度进 ｔ ｒ ａ ｎ 强大的非线 性 求 解 能 力 ， 行分析 。 本文主要研究 橡 胶 衬 套 的 三 个 平 动 刚 度 特 选择前 悬 架 系 统 副 车 架 与 下 摆 臂 连 接 处 橡 性， 采 胶衬套 进 行 分 析。有 限 元 建 模 如 图 １ 所 示， 用六面体 单 元 划 分， 分别计算其轴向刚度和径 向刚度， 进 行 非 线 性 求 解。试 验 与 仿 真 结 果 对 对于橡胶衬套 比 如 图２ 所 示 。 由 图２ 可 以 看 出 ， 的轴向刚度和径向刚度， 在较小变形的情况下， 有限元分析的结果与厂 商 提 供 的 试 验 数 据 较 为 接近， 从而验证了有限元模型的准确性。
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（ ，Ｈ ，Ｈ ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｅ ｆ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ０ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ
， 悬架系统作为路面激
励传递到车身的过渡环节 ， 起到能缓冲和吸收来自 路面的振动能量的作用 ， 因而对 Ｎ ＶＨ 性能有很大
； 收稿日期 ： 修回日期 ： ２ ０ １ １ ０ ３ ２ ８ ２ ０ １ ２ ０ ４ ０ ９ － － － － ） ； ） 基金项目 ： 国家 ８ 国家自然科学基金资助项目 （ ６ ３ 高技术研究发展计划资助项目 （ ２ ０ ０ ６ ＡＡ １ １ ０ １ ０ １ ５ １ ０ ７ ５ １ １ ２ ， 作者简介 ： 李欣冉 （ 男， 安徽合肥人 ， 合肥工业大学博士生 ． １ ９ ８ ５－ ）
摘 要： 文章研究了悬架系统在不同路面激励下的 ＮＶＨ 性能 ， 将工况分为路面随机激励和脉 冲 激 励 ２ 类 ， 根 据路面形状 ， 脉冲激励又分为三角形凸块和正弦形凹坑脉冲激励 （ 考虑刹车作用 ） ２种。橡胶衬套刚度对悬架 采用有限元软件分析其特 性 。 参 考 有 关 资 料 选 定 对 悬 架 ＮＶＨ 性 能 影 响 较 敏 感 的 ＮＶＨ 性能有很大的影响 ， 衬套 ， 建立了考虑其影响的半车模型 ， 对 比 不 同 模 型 的 仿 真 结 果 可 以 看 出， 衬 套 有 效 改 善 了 悬 架 的 ＮＶＨ 性 验证了仿真模型的准确性 。 能 。 将模型仿真结果与道路模拟机测试结果进行对比 ， 关键词 ： 悬架系统 ＮＶＨ； 半车模型 ； 橡胶衬套 ； 有限元 （ ） 中图分类号 ： Ｕ ４ ６ ７． ４ ９ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ３ ５ ０ ６ ０ ２ ０ １ ２ ０ ５ ０ ５ ８ １ ０ ５ － － －
５ ８ ２ 并且缺乏必要的试验验证 。
自然科学版 ） 合肥工业大学学报 （
２ ２ ２ ２ ２ ２ Ｉ λ λ １λ ２＋ ２λ ３＋ ３λ １ ２ ＝λ
第３ ５卷 （ ） ２ （ ） ３ （ ） ４
路面垂 向 不 平 激 励 通 过 悬 架 系 统 传 递 到 车 身， 引 起 车 身 的 振 动， 通过板壁 振动， 能量被传递 进入 车 室 ， 最 终 影 响 汽 车 的 ＮＶＨ 性 能 。 汽 车 不 同位置内安装了大量的橡胶元件 ， 自２ ０ 世纪橡胶 其隔振消噪特性 与金属件的黏结 技 术 问 世 以 来 ，
： ， ， ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ＮＶＨ（ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｓ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ － ｐ ｐ ｐ ｐ ， ， ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｒ ｏ ａ ｄ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｗ ｏ ｔ ｅ ｓｉ ． ｅ ． ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ｙ ｐ ， ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ｓ ｈ ａ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ｅ ｘ ｃ ｉ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｍ ｕ ｌ ｓ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｕ ｌ ｓ ｅ － ｇ ｐ ｐ ｇ ｐ （ ） ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｉ ａ ｎ ｕ ｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｘ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ． ｏ ｔ ｈ ｏ ｌ ｅ ｇ ｐ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎ ｅ ｓ ｓ ｈ ａ ｓ ａ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ＮＶＨ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ Ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｏ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｇ ｐ ｇ ｐ ｐ ｐ ， ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｂ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｂ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｒ ｉ ｎ ｔ ｏ ｓ ｏ ｍ ｅ ｌ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｙ ｙ ｙ ｇ ｇ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ＮＶＨ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｌ ｆ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｉ ｔ ｈ ｐ ｐ ｇ ， ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｄ ． Ｂ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｓ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｂ ｕ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ － ｙ ｐ ｇ ， ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ＮＶＨ ｂ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｐ ｙ ｇ ｙ ｐ ｐ ｙ ｐ ｇ ， ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ． ｙ ： ， ） ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｎ Ｖ Ｈ（ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｓ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ ｈ ａ ｌ ｆ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｇ ｙ ） 、 ） 、 振动 （ 声振粗 Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ Ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ 汽车的噪声 （ （ ） ， 糙度 Ｈ ａ ｒ ｓ ｈ ｎ ｅ ｓ ｓ 统称为汽车的 Ｎ ＶＨ 特性 是衡量 它们是同时出现且 汽车设计水平的一个重要参数 ， 密不可分的 ， 振动是源 ， 噪声是结果 ， 声振粗糙度是 对前两者的响应 ， 通常将三者结合起来进行研究 ， 简称 Ｎ ＶＨ 研究 。 目 前 不 少 学 者 研 究 了 汽 车 不 同 系统对 Ｎ ＶＨ 性能影响
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｏ ｎ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｕ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｎ Ｖ Ｈ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｇ ｐ ｐ