隔振器
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- 来自上腔室 - 橡胶的弹性变形给液体施加压力,将液体挤 入流通小孔 -增加了额外的刚度 •流体 •隔板 - 较低的液体腔室
流通小孔
橡胶体 上腔室 下腔室
惯性通道
13
发动机隔振器类型
耦合液压隔振器的动力性能
•在低频情况下阻尼大
有利于将发动机振动降低10 Hz左右
•在高频情况下刚度大 不利于振动隔离
通常, 液压隔振器刚度比弹性 隔振器刚度大
400
300
K (N/mm) 200 100
液压非偶合隔振器
橡胶隔振器
0
0
10
20
30
40
频率(Hz)
14
发动机隔振器类型
非耦合的发动机液压隔振器
结构
•液压隔振器有惯性通道和耦合块
•耦合的隔振器
•耦合块
- 薄的刚性平板或者可弯曲的膜片
- 上下腔室之间的浮子
8.12 7.43 8.95 10.6 12.1 15.2
99 0 0 0 1 0 0 99 0 0 0 1 0 0 88 0 3 9 0 0 0 88 8 3 0 1 7 2 4 86 1 0 4 10 84 1
T a a 10 ap
加速度传感器 主动支架
加速度传感器
被动支架
7
发动机隔振器类型
况下提供大的阻尼----- 对冲击隔离有利, 就像
350 300
液压隔振器
250
K (N/mm)
•在较高的频率且产生小变形的情况下降低阻
200 150
尼---- 对振动隔离有利, 就像弹性隔振器
100
液压非偶合隔振器
液压偶合隔振器
50
0
0
10
20
30
40
频率(Hz)
不足:
•对于简单的正弦输入有利于振动隔离
怎样解耦发动机液压隔振器的工作
偶合块
在低频情况下, 变形量很大. 耦合块下降到底部, 液体流过流通小口或者惯性通道, 就像耦合液压隔振器
在高频情况下, 变形量很小. 液体不经过流通小孔或者惯性通道. 耦合块上下运动.
15
发动机隔振器类型
解耦液压隔振器的动力特性
优点:
•在较低的频率由道路冲击产生大的变形的情 400
19
发动机隔振器类型
半主动隔振器
1. 电流变 (ER) 液体促动 2. 磁电机-流变(MR) 液体促动 3. 其它: 形成记忆合金, 真空促动
• ER 液体: ER 液体由悬浮在一个绝缘区域的电介质微粒组成. • MR 液体: 由磁悬浮微粒组成 • 特性:外观上的粘性由于一个实用的导电区域或者力磁区域而显著地改变
支架刚度不足导致 • 隔离损失 • 共振和振鸣声
25
隔振器支架问题
Whistle
1. Whistle 是隔振器支架上的一 种常见的噪声
2. 增加支架刚度或者 加装阻尼器 可以降低 whistle噪声
26
隔振器其它的 NVH 问题
液压隔振器卡嗒声
4 poster shaker
• 当汽车行驶中缓冲时，有时能 听见卡嗒声.
电极
没有磁场
西
电流控制 东
ER液体
有磁场
西
东
电极
电流控制 记忆合金
20
CAE
最优化分析
目的: 确定隔振器比率和位置
6 DOF 模型: 以刚体接地的动力系统
(K 2 M )X 0
边界条件: 隔振器接地
输入数据:
8.12 7.43 8.95 10.6 12.1 15.2
Fore-Aft 99 0 0 0 1 0 • 动力装置惯性时刻
标准隔振系统
Kw
频率
9
发动机隔振器类型
标准隔振系统 (阻尼)
•在低频情况下, 需要阻尼来抑制冲击激励和防止发 动机上下运动. •在高频情况下, 为了更好地隔离发动机振动,隔振器 要用低阻尼
标准隔振系统
阻尼
频率
D = D (频率)
10
发动机隔振器类型
弹性隔振器
刚度和阻尼的特征 刚度和阻尼或者同时高或者同时低.
电磁激励器
线圈
支撑
传感器
优点:
不足:
• 低频是刚度非常大,高频时非常柔韧 • 提供优良的隔离 • 允许发动机大幅度振动
• 成本 • 重量 • 能量 • 可靠性
18
发动机隔振器类型
主动隔振器范例: 阿瓦隆主动液压隔振器
• 动力刚度从350wenku.baidu.comN/mm降低到 100 N/mm
• 动力刚度远远小于静力刚度
5. 隔振器应该安装在低车身敏感度结点处
6. 隔振器和其它零件之间的连接装置 - 动力系统 - 车架或者副车架 - 传动轴 - 排气系统
横摇限制杆
质心 隔振器
隔振器 自由转动轴
隔振器
隔振器
质心
横摇限制杆 自由转动轴
横摇限制杆
隔振器
4
振动隔离
单自由度振动隔离
隔离区域: 激励频率与固有频率 之比必须大于√2
空转激励频率通常介于
2~3
2. 动力装置6个模态的解耦
• 这6个模态中每个模态都有一定的能量,这 Fore-Aft
样每个模态的能量都需要相互解耦. 这样所 Lateral
有模态之间应该至少有1hz的间隔. • 每一种模态的模态能量应该高于85%
Bounce Roll
Pitch
Yaw
3. 隔振器传递率
23
CAE
隔振器 FE 建模
一些零件可以通过有限元方法模拟
ShangGuan, 2003-01-1462
Li-Rong Wang 2005-01-2408
24
隔振器支架问题
隔振器两侧的支架必须有足够的刚度
支架 隔振器
支架
1 1 11 K Ke Ki Kv Ke, Ki K Ki
• 通常支架的第一固有频率 > 500Hz
•不利于叠加的输入, 因为刚度明显增加
16
发动机隔振器类型
为什么采用发动机主动隔振器?
发动机隔振器要求: • 在低频情况下 (<20Hz), 发动机隔振器应该有足够的刚度来支撑发动机,并
且要有大的阻尼来抑制振动 --- 液压隔振器 • 在高频情况下 (20-200Hz), 隔振器应该是柔韧的以便降低振动---- 弹性隔振
器
• 弹性隔振器: 有利于振动隔离 (高频), 但是不利于冲击隔离 (低频) • 耦合液压隔振器: 有利于冲击隔离 (低频), 但是不利于振动隔离 (高频) • 非耦合液压隔振器: 对冲击和振动隔离都有利, 对单个的频率分布有利, 但是不利于
多频率分布 • 半主动隔振器: 在低频情况下很好, 但是在高频情况下效率低下
• 隔离冲击时高的阻尼 • 刚度可以随振动隔离调整
液压发动机隔振器的类型
• 单口液压隔振器 • 有惯性通道的液压隔振器 • 有惯性通道和耦合块的液压隔振器
12
发动机隔振器类型
耦合的发动机液压隔振器
•单口液压隔振器
•有惯性通道的液压隔振器
结构
•被一块板隔开的两个液体腔室 •流通小孔或者惯性通道 (一个液体通道) •橡胶弹性单元
f
M
x
f excitation 2 fnatural
K
C
fb
x0
6
0.1 5
动力装置横向摇转模态频率范围
4
空转激励频率通常介于
传 递3
率
2
0 .2 0 .3
2~3
1 0 .4
0
0
1
2
3
4
5
6
频率比
5
振动隔离
• 最小激励频率发生在发动机空转时.
– 发动机空转: 600 – 1000 rpm – 发动机大开度节气门: 1000 – 6000 rpm
Lateral Bounce
0 99 0 0 0 1 • 初始刚度和它的可能范围
0 0 88 0 3 9
Roll
0 0 0 88 8 3 • 初始位置和它的可能范围
Pitch
0 1 7 2 4 86
Yaw
1 0 4 10 84 1
最优化目标:
1. 解耦 6 个模态, 尤其是横向转动模态
2. 优化模态能量分配 (解耦)
E 前主动扭矩杆
F RHS发动机隔振器
28
G LHS 发动机隔振器
PP 隔离的发展趋势
2. 强度分析
主动隔振器强度的P-图表
29
PP 隔离的发展趋势
3. 最优化分析
30
• 汽车在 4 poster shaker上测试 来辨识隔振器卡嗒声.
• 卡嗒声由内部零件的撞击产生.
27
PP 隔离的发展趋势
1. 主动隔振器和横摇限制杆 (扭矩压杆)
主动扭矩压杆
主动扭矩压杆 (横摇限制杆) 用来 减小柴油机的空转振动
A 子框架前梁 (散热器支撑)
B 扭矩杆前梁
C 操作梁
D 后主动扭矩杆
2. CAE 有限元分析)模拟 3. 建立模型
– E-MARS (增强的多元适应性的衰退齿条)
22
CAE
隔振器建模
液压隔振器离散建模
集成流体建模框图.
A simplified mechanical model with 4DOF proposed to describe the higher frequency dynamics.
3
发动机隔振器的安装和 比率原则
发动机隔振器的安装和 比率原则
1. 选作动力装置振动模型的减振应该被选来 解耦动力装置振动模态
2. 弹性和阻尼比率应该低，以便有足够的隔 离效果来控制动力系统运动
3. 位置的选择应该允许动力装置在它的自由 扭矩转动轴处运动
4. 隔振器应该安装在动力系统振动小的结点 处
发动机隔振器类型
发动机隔振器四种类型
• 弹性隔振器
• 液压隔振器
• 半主动隔振器
• 主动隔振器
8
发动机隔振器类型
标准的隔振系统 (刚度)
•在低频情况下, 动力装置在突然加速和突然减速,制动,曲 线运动或者道路不平时承受冲击激励, 所以刚度要求高. 如果刚度太低, 发动机变形将会很大, 这种变形会损坏其 它部件. •在高频情况下, 发动机振动必须被隔离, 所以刚度越低, 隔离越好.
•如果同时高, 对冲击隔离有利 对振动隔离有害
•如果同时低, 对振动隔离有利 对冲击隔离有害
发动机
汽车
模型
取舍平 衡
11
发动机隔振器类型
液压发动机隔振器
为什么使用液压隔振器?
• 小巧l,质量轻, 前轮驱动汽车 • 较低的空转速度 • 液压隔振器 有专门的可调装置 • 驾驶时更加舒适宁静
液压隔振器的好处
• 例, 对于6缸发动机, 空转转速是 600 rpm, 点火阶次是 3rd
点火频率 所以固有频率应该是
fd
6 0*063 0Hz 60 2
< 30/3 ~30/2 = 10 ~15 Hz 通常, 横向转动模态频率设置在10 ~ 12 Hz
6
振动隔离
隔振系统的评价指标
1. 横向转动模态频率应该满足相互独立的要求
动力装置振动隔离
1. 发动机隔振器功能 2. 发动机隔振器设计要求 3. 振动隔离 4. 发动机隔振器类型 5. 动力装置隔离 CAE CAE 6. 隔振器支架 NVH 问题 7. 动力装置隔离的发展趋势
1
动力装置隔离系统
• 发动机 • 变速器 • PTU(分动器) • 隔振期 • 横摇限制杆
横摇限制杆
主动隔振器: 任何频率分布都能被控制
17
发动机隔振器类型
主动隔振器结构
• 被动隔振器
- 弹性隔振器 - 液压隔振器
• 发电机:
- 用来产生反力 - 非液压执行机构 - 电磁执行机构
• 传感器 • 电子控制器:
- 这种控制是封闭环控制 - 反馈控制或者 前反馈控制
液压隔振器
橡胶 液体
孔
运动盘
永久磁铁
质心 隔振器
隔振器 自由转动轴
隔振器
2
发动机隔振器功能
发动机隔振器功能
• 定位 和支撑动力系统 (刚性) • 反馈动力系统输出扭矩 • 反馈由于起动,转弯,路面冲击,卡车及钢轨载货产生的动
力加速和减速力, 屈服
• 隔离动力装置向车身传递的振动 (平稳) • 隔离高频结构噪声 • 吸收道路和轮胎/车轮产生的汽车振动
21
CAE
强度分析
为什么要进行强度分析?
隔振器隔振率可能相差 30%, 因为: • 制造:
– 材料差异 – 几何形状差异 • 装配差异: 所有差异中最重要的 – 可能导致 预应力和形状的扭曲变形.
强度分析的步骤
1. 设计实验 (DOE) – 拉丁的 超立方体采样 (LHS) 或者Taguchi’s 方法 – 直角排列表格
流通小孔
橡胶体 上腔室 下腔室
惯性通道
13
发动机隔振器类型
耦合液压隔振器的动力性能
•在低频情况下阻尼大
有利于将发动机振动降低10 Hz左右
•在高频情况下刚度大 不利于振动隔离
通常, 液压隔振器刚度比弹性 隔振器刚度大
400
300
K (N/mm) 200 100
液压非偶合隔振器
橡胶隔振器
0
0
10
20
30
40
频率(Hz)
14
发动机隔振器类型
非耦合的发动机液压隔振器
结构
•液压隔振器有惯性通道和耦合块
•耦合的隔振器
•耦合块
- 薄的刚性平板或者可弯曲的膜片
- 上下腔室之间的浮子
8.12 7.43 8.95 10.6 12.1 15.2
99 0 0 0 1 0 0 99 0 0 0 1 0 0 88 0 3 9 0 0 0 88 8 3 0 1 7 2 4 86 1 0 4 10 84 1
T a a 10 ap
加速度传感器 主动支架
加速度传感器
被动支架
7
发动机隔振器类型
况下提供大的阻尼----- 对冲击隔离有利, 就像
350 300
液压隔振器
250
K (N/mm)
•在较高的频率且产生小变形的情况下降低阻
200 150
尼---- 对振动隔离有利, 就像弹性隔振器
100
液压非偶合隔振器
液压偶合隔振器
50
0
0
10
20
30
40
频率(Hz)
不足:
•对于简单的正弦输入有利于振动隔离
怎样解耦发动机液压隔振器的工作
偶合块
在低频情况下, 变形量很大. 耦合块下降到底部, 液体流过流通小口或者惯性通道, 就像耦合液压隔振器
在高频情况下, 变形量很小. 液体不经过流通小孔或者惯性通道. 耦合块上下运动.
15
发动机隔振器类型
解耦液压隔振器的动力特性
优点:
•在较低的频率由道路冲击产生大的变形的情 400
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发动机隔振器类型
半主动隔振器
1. 电流变 (ER) 液体促动 2. 磁电机-流变(MR) 液体促动 3. 其它: 形成记忆合金, 真空促动
• ER 液体: ER 液体由悬浮在一个绝缘区域的电介质微粒组成. • MR 液体: 由磁悬浮微粒组成 • 特性:外观上的粘性由于一个实用的导电区域或者力磁区域而显著地改变
支架刚度不足导致 • 隔离损失 • 共振和振鸣声
25
隔振器支架问题
Whistle
1. Whistle 是隔振器支架上的一 种常见的噪声
2. 增加支架刚度或者 加装阻尼器 可以降低 whistle噪声
26
隔振器其它的 NVH 问题
液压隔振器卡嗒声
4 poster shaker
• 当汽车行驶中缓冲时，有时能 听见卡嗒声.
电极
没有磁场
西
电流控制 东
ER液体
有磁场
西
东
电极
电流控制 记忆合金
20
CAE
最优化分析
目的: 确定隔振器比率和位置
6 DOF 模型: 以刚体接地的动力系统
(K 2 M )X 0
边界条件: 隔振器接地
输入数据:
8.12 7.43 8.95 10.6 12.1 15.2
Fore-Aft 99 0 0 0 1 0 • 动力装置惯性时刻
标准隔振系统
Kw
频率
9
发动机隔振器类型
标准隔振系统 (阻尼)
•在低频情况下, 需要阻尼来抑制冲击激励和防止发 动机上下运动. •在高频情况下, 为了更好地隔离发动机振动,隔振器 要用低阻尼
标准隔振系统
阻尼
频率
D = D (频率)
10
发动机隔振器类型
弹性隔振器
刚度和阻尼的特征 刚度和阻尼或者同时高或者同时低.
电磁激励器
线圈
支撑
传感器
优点:
不足:
• 低频是刚度非常大,高频时非常柔韧 • 提供优良的隔离 • 允许发动机大幅度振动
• 成本 • 重量 • 能量 • 可靠性
18
发动机隔振器类型
主动隔振器范例: 阿瓦隆主动液压隔振器
• 动力刚度从350wenku.baidu.comN/mm降低到 100 N/mm
• 动力刚度远远小于静力刚度
5. 隔振器应该安装在低车身敏感度结点处
6. 隔振器和其它零件之间的连接装置 - 动力系统 - 车架或者副车架 - 传动轴 - 排气系统
横摇限制杆
质心 隔振器
隔振器 自由转动轴
隔振器
隔振器
质心
横摇限制杆 自由转动轴
横摇限制杆
隔振器
4
振动隔离
单自由度振动隔离
隔离区域: 激励频率与固有频率 之比必须大于√2
空转激励频率通常介于
2~3
2. 动力装置6个模态的解耦
• 这6个模态中每个模态都有一定的能量,这 Fore-Aft
样每个模态的能量都需要相互解耦. 这样所 Lateral
有模态之间应该至少有1hz的间隔. • 每一种模态的模态能量应该高于85%
Bounce Roll
Pitch
Yaw
3. 隔振器传递率
23
CAE
隔振器 FE 建模
一些零件可以通过有限元方法模拟
ShangGuan, 2003-01-1462
Li-Rong Wang 2005-01-2408
24
隔振器支架问题
隔振器两侧的支架必须有足够的刚度
支架 隔振器
支架
1 1 11 K Ke Ki Kv Ke, Ki K Ki
• 通常支架的第一固有频率 > 500Hz
•不利于叠加的输入, 因为刚度明显增加
16
发动机隔振器类型
为什么采用发动机主动隔振器?
发动机隔振器要求: • 在低频情况下 (<20Hz), 发动机隔振器应该有足够的刚度来支撑发动机,并
且要有大的阻尼来抑制振动 --- 液压隔振器 • 在高频情况下 (20-200Hz), 隔振器应该是柔韧的以便降低振动---- 弹性隔振
器
• 弹性隔振器: 有利于振动隔离 (高频), 但是不利于冲击隔离 (低频) • 耦合液压隔振器: 有利于冲击隔离 (低频), 但是不利于振动隔离 (高频) • 非耦合液压隔振器: 对冲击和振动隔离都有利, 对单个的频率分布有利, 但是不利于
多频率分布 • 半主动隔振器: 在低频情况下很好, 但是在高频情况下效率低下
• 隔离冲击时高的阻尼 • 刚度可以随振动隔离调整
液压发动机隔振器的类型
• 单口液压隔振器 • 有惯性通道的液压隔振器 • 有惯性通道和耦合块的液压隔振器
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发动机隔振器类型
耦合的发动机液压隔振器
•单口液压隔振器
•有惯性通道的液压隔振器
结构
•被一块板隔开的两个液体腔室 •流通小孔或者惯性通道 (一个液体通道) •橡胶弹性单元
f
M
x
f excitation 2 fnatural
K
C
fb
x0
6
0.1 5
动力装置横向摇转模态频率范围
4
空转激励频率通常介于
传 递3
率
2
0 .2 0 .3
2~3
1 0 .4
0
0
1
2
3
4
5
6
频率比
5
振动隔离
• 最小激励频率发生在发动机空转时.
– 发动机空转: 600 – 1000 rpm – 发动机大开度节气门: 1000 – 6000 rpm
Lateral Bounce
0 99 0 0 0 1 • 初始刚度和它的可能范围
0 0 88 0 3 9
Roll
0 0 0 88 8 3 • 初始位置和它的可能范围
Pitch
0 1 7 2 4 86
Yaw
1 0 4 10 84 1
最优化目标:
1. 解耦 6 个模态, 尤其是横向转动模态
2. 优化模态能量分配 (解耦)
E 前主动扭矩杆
F RHS发动机隔振器
28
G LHS 发动机隔振器
PP 隔离的发展趋势
2. 强度分析
主动隔振器强度的P-图表
29
PP 隔离的发展趋势
3. 最优化分析
30
• 汽车在 4 poster shaker上测试 来辨识隔振器卡嗒声.
• 卡嗒声由内部零件的撞击产生.
27
PP 隔离的发展趋势
1. 主动隔振器和横摇限制杆 (扭矩压杆)
主动扭矩压杆
主动扭矩压杆 (横摇限制杆) 用来 减小柴油机的空转振动
A 子框架前梁 (散热器支撑)
B 扭矩杆前梁
C 操作梁
D 后主动扭矩杆
2. CAE 有限元分析)模拟 3. 建立模型
– E-MARS (增强的多元适应性的衰退齿条)
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CAE
隔振器建模
液压隔振器离散建模
集成流体建模框图.
A simplified mechanical model with 4DOF proposed to describe the higher frequency dynamics.
3
发动机隔振器的安装和 比率原则
发动机隔振器的安装和 比率原则
1. 选作动力装置振动模型的减振应该被选来 解耦动力装置振动模态
2. 弹性和阻尼比率应该低，以便有足够的隔 离效果来控制动力系统运动
3. 位置的选择应该允许动力装置在它的自由 扭矩转动轴处运动
4. 隔振器应该安装在动力系统振动小的结点 处
发动机隔振器类型
发动机隔振器四种类型
• 弹性隔振器
• 液压隔振器
• 半主动隔振器
• 主动隔振器
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发动机隔振器类型
标准的隔振系统 (刚度)
•在低频情况下, 动力装置在突然加速和突然减速,制动,曲 线运动或者道路不平时承受冲击激励, 所以刚度要求高. 如果刚度太低, 发动机变形将会很大, 这种变形会损坏其 它部件. •在高频情况下, 发动机振动必须被隔离, 所以刚度越低, 隔离越好.
•如果同时高, 对冲击隔离有利 对振动隔离有害
•如果同时低, 对振动隔离有利 对冲击隔离有害
发动机
汽车
模型
取舍平 衡
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发动机隔振器类型
液压发动机隔振器
为什么使用液压隔振器?
• 小巧l,质量轻, 前轮驱动汽车 • 较低的空转速度 • 液压隔振器 有专门的可调装置 • 驾驶时更加舒适宁静
液压隔振器的好处
• 例, 对于6缸发动机, 空转转速是 600 rpm, 点火阶次是 3rd
点火频率 所以固有频率应该是
fd
6 0*063 0Hz 60 2
< 30/3 ~30/2 = 10 ~15 Hz 通常, 横向转动模态频率设置在10 ~ 12 Hz
6
振动隔离
隔振系统的评价指标
1. 横向转动模态频率应该满足相互独立的要求
动力装置振动隔离
1. 发动机隔振器功能 2. 发动机隔振器设计要求 3. 振动隔离 4. 发动机隔振器类型 5. 动力装置隔离 CAE CAE 6. 隔振器支架 NVH 问题 7. 动力装置隔离的发展趋势
1
动力装置隔离系统
• 发动机 • 变速器 • PTU(分动器) • 隔振期 • 横摇限制杆
横摇限制杆
主动隔振器: 任何频率分布都能被控制
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发动机隔振器类型
主动隔振器结构
• 被动隔振器
- 弹性隔振器 - 液压隔振器
• 发电机:
- 用来产生反力 - 非液压执行机构 - 电磁执行机构
• 传感器 • 电子控制器:
- 这种控制是封闭环控制 - 反馈控制或者 前反馈控制
液压隔振器
橡胶 液体
孔
运动盘
永久磁铁
质心 隔振器
隔振器 自由转动轴
隔振器
2
发动机隔振器功能
发动机隔振器功能
• 定位 和支撑动力系统 (刚性) • 反馈动力系统输出扭矩 • 反馈由于起动,转弯,路面冲击,卡车及钢轨载货产生的动
力加速和减速力, 屈服
• 隔离动力装置向车身传递的振动 (平稳) • 隔离高频结构噪声 • 吸收道路和轮胎/车轮产生的汽车振动
21
CAE
强度分析
为什么要进行强度分析?
隔振器隔振率可能相差 30%, 因为: • 制造:
– 材料差异 – 几何形状差异 • 装配差异: 所有差异中最重要的 – 可能导致 预应力和形状的扭曲变形.
强度分析的步骤
1. 设计实验 (DOE) – 拉丁的 超立方体采样 (LHS) 或者Taguchi’s 方法 – 直角排列表格