悬架弹性元件对悬架振动传递特性的影响

悬架弹性元件对悬架振动传递特性的影响

Ξ

张立军　余卓平

(同济大学汽车工程系　上海,200092)

摘要　为了分析研究橡胶元件减振隔振的机理,在线性假设的前提下,用复刚度表示悬架弹性元件的刚度,在车身车轮双质量1 4车振动模型的基础上建立了考虑悬架系统中的橡胶弹性支承元件影响的1 4车振动模型,并利用该模型详细论述了橡胶元件对悬架振动传递特性的总体影响,指出其能减小车身部分固有频率附近的传递系数,增大车轮部分固有频率附近的传递系数,明显改善高频段的隔振性能。

关键词　悬架　橡胶支承元件　驻波效应　隔振中图分类号　U 27011　T P 53

引　言

为了隔离来自路面不平度的冲击,并起到隔声方面的作用,在汽车的悬架系统中采用的橡图1　轿车复合式后悬架总成像胶元件

胶弹性元件主要包括:减振器活塞杆与车身之间的上、下轴承环、螺旋弹簧上端的橡胶衬垫、减振器下端吊耳的橡胶件以及缓冲块。图1所示为某轿车复合式后悬架总成结构及其中使用的橡胶元件。目前,国外不断有新型的橡胶减振元件问世,说明国外已经掌握了这方面的先进技术,并且实用化。而在国内,人们对于轿车悬架减振橡胶元件的选型和设计与国外相比尚存在较大的差距。本文在线性假设的前提下,利用所建立的考虑橡胶元件影响的新型悬架模型,分析研究橡胶元件对悬架振动传递特性的影响机理。这对于深入了解汽车悬架用橡胶元件减振隔振的机理,逐步实现悬架系统橡胶元件的自主开发设计具有重要的理论意义和实用价值。

第22卷第2期2002年6月 振动、测试与诊断Jou rnal of V ib rati on,M easu rem en t &D iagno sis

V o l .22N o.2

Jun .2002

Ξ

1　研究模型

橡胶是一种粘弹性材料,具有内部摩擦的阻尼特性。可利用复刚度表征橡胶在单一方向的弹性特性,即橡胶元件的刚度为

K 3

=K +j h =K (1+j Γ)

(1)其中:K 为橡胶弹性元件的单向位移动刚度(同向动刚度);h 为反映橡胶材料阻尼特性的正交动刚度(即结构阻尼系数);Γ为橡胶元件的损耗因子。图2　研究用悬架1 4车振动模型

如图2所示,在汽车车身和车轮双质量1 4车振动系统(简称振动系统b )的基础上,可建立考虑悬架系统中橡胶弹性元件影响的新型的悬架系统振动模型——橡胶支承双质量1 4车振动模型(以下简称振动系统

a )。新型模型是结合悬架结构中橡胶元件的实际安装位置,在车身车轮双质量振动模型的相应位置引入橡胶元件的模型形成的。下面利用四端参数的方法对该线性振动系统的振动特性进行分析。根据四端参数原理[1]

,可推出上述两种振动系统的振动方程。

对于振动系统a ,

有

F s

s

β=

Α

11Α

12Α21

Α22

F z z

β

(2)

对于振动系统b ,有

F s

s

β=Α′11Α′12Α′21Α′22

F z z

β

(3)

其中:F s ,s

β为地面输入力和加速度;F z ,z β为车身质量输出力和加速度;Α11=1-m t Ξ2K 32+j Ξm t (j ΞK 31-C Ξ2)(K +K 33)

j ΞC (K K 31+K K 33+K 31K 33)+K K 31K 31

;Α12=j Ξ(m +m t )-m m t Ξ2

j Ξ

K 32+(j ΞK 31-C Ξ2)(K +K 3

3)j ΞC (K K 31+K K 33+K 31K 33)+K K 31K 3

3

;

Α21=

j Ξ

K t +j ΞC ′+K t +j ΞC ′-m t Ξ2

K t +j ΞC ′

j Ξ

K 32+j Ξ′m t (j ΞK 3

1-C Ξ2

)(K +K 3

3)j ΞC (K K 31+K K 33+K 31K 33)+K K 31K 33

Α22=1-

(m +m t )Ξ2

K t +j ΞC ′

+

j Ξm -

jm m t Ξ3

K t +j ΞC ′j Ξ

K 32+j Ξm t (j ΞK 31-C Ξ2)(K +K 33)j ΞC (K K 31+K K 33+K 31K 33)+K K 31K 3

3

221振　动、测　试　与　诊　断 第22卷

Α′11=1-

m t Ξ

2

K +jC Ξ

;

Α′12=j Ξ(m +m t )-jm Ξ

3

K +jC Ξ

;

Α′21=

j ΞK t +jC ′Ξ+j Ξ

K +jC Ξ

;

Α′22=

-m Ξ2

K t +jC ′Ξ

+1-

m t Ξ

2

K t +jC ′Ξ

1-

m Ξ

2

K +jC Ξ

。

显然,如果假设橡胶弹簧的刚度为无穷大,即K 31=K 32=K 3

3=∞,则橡胶弹性连接转化为刚性连接,振动系统a 转化为振动系统b 。

由于车身质量作自由振动(F z =0)[1],所以得到振动系统A 中车身加速度z β对路面加速度输入s

β的传递特性为z ¨s ¨=1

Α22

=　1

1-(m +m t )Ξ2K t +j ΞC ′+j Ξm -jm m t Ξ3

K t +j ΞC ′j ΞK 32+j Ξm t (j ΞK 31-C Ξ2)(K +K 33)j ΞC (K K 31+K K 33+K 31K 33)+K K 31K 3

3

(4)相应的,振动系统b 中车身加速度z β对路面加速度输入s

β的传递特性为z βs β=122=1

-m Ξ2K t +jC ′Ξ+1-m t Ξ2K t +jC ′Ξ1-m Ξ

2

K +jC Ξ

(5)2　橡胶元件对悬架振动传递特性的影响

通过分析对车身加速度对路面不平度加速度输入的振动传递特性,可以评价振动系统的

隔振特性。图3所示为振动系统a 和振动系统b 的振动传递特性的比较。由图可知,两种系统的传递特性的形状基本相似,但存在以下明显的差别:

图3　振动系统a 和振动系统b 的振动传递特性对比

(1)在车身部分固有频率f 0附近,振动系统a 的传递系数小于振动系统b ;

(2)在车轮部分的固有频率f t 附近则是振动系统b 的传递系数小于振动系统a ;

(3)在频率高于30H z 的高频段,振动系统a 的隔振性能要远远优于振动系统b ,而且改善程度随着频率的升高而愈加显著。

上述的对比结果说明:橡胶弹性支承元件在车身和车轮两部分固有频率附近和高频段都引起了悬架系统隔振特性

3

21第2期张立军等:悬架弹性元件对悬架振动传递特性的影响