汽车动力总成液压悬置参数试验研究

tion) 试验台对橡胶主簧进行动态特性试验,可以方
便地测得其动刚度 Kr、阻尼系数 Br。 橡胶主簧的有 效活塞面积 Ap、上下液室的体积柔度 C1 和 C2 均可通 过一系列的液压试验获取。
2. 1 有效活塞面积测量
液压悬置工作时,橡胶主簧在振动激励下对上
液室内的液体产生类似活塞泵吸的作用。 由于橡胶
[ Abstract] The forces exerted on the air-spring type hydraulic mount of a vehicle powertrain are analyzed and a dynamic model for hydraulic mount is built. The mount parameters are measured by a series tests and used to conduct a simulation on the dynamic model, with which the dynamic characteristics of hydraulic mount are obtained and compared with that acquired by test. The results show that the simulated mount characteristics are basically consistent with tested ones, verifying the correctness of the simulation model built and the accurateness of mount parameters obtained.
量的比值) ,Ii 、Ri 分别为惯性通道内液体质量的惯性 系数和阻尼系数,F( t) 为传递到液压悬置固定端的
作用力,x( t) 为作用力所引起的激励位移。
上液室、 下 液 室 及 惯 性 通 道 间 的 流 体 连 续 方
程[4-9] 分别为
Ap ·x ( t) -Qi = C1 ·p1
(1)
Qi = C2 ·p2
(6)
式中 K*为液压悬置的复刚度。
2 模型参数的获取
从上面的分析可以看出,影响悬置动特性的参
数有橡胶主簧的动刚度 Kr、阻尼系数 wk.baidu.comr 及其振动时 泵吸液体的有效活塞面积 Ap,上、下液室的体积柔 度 C1 和 C2 ,惯性通道内液体质量的惯性系数 Ii 和阻 尼系数 Ri。
由于通过试验方法难以测量,惯性通道内液体
原稿收到日期为 2013 年 5 月 28 日,修改稿收到日期为 2013 年 7 月 29 日。
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杨慰,等:汽车动力总成液压悬置参数试验研究
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图 1 液压悬置结构示意图
液压 悬 置 的 力 学 模
型如 图 2 所 示。 弹 簧 和
阻尼 器 代 表 橡 胶 主 簧 的
(2)
·
p1 -p2 = IiQi +RiQi
(3)
传递到车架固定端的力[10-11] 为
F( t) = Kr x( t) +Br·x( t) +App1
(4)
液压悬置的动刚度 K 和阻尼角 φ 可表示为
K = Real( K*)
(5)
æImag( K*) ö
φ
=
arctan
ç
è
Real(
K
*
)
÷
ø
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汽车工程
2014 年( 第 36 卷) 第 7 期
变化,它与体积柔度互为倒数。 橡胶主簧在振动时
引起液室内体积的改变,同时也受到液体的反作用
即液压。 如果关闭图 3 中的阀门使液室密闭,则橡
胶主簧下压位移 △x 将引起腔内液压增大 △p( 由液
压传感器测得),橡胶主簧的体积刚度 Ka可表示为
从图中可以看出,仿真与试验的动刚度和阻尼 角较为吻合。 空气腔密封形成空气弹簧时,液压悬 置的动刚度和阻尼角分别大于没有空气弹簧时的动 刚度和阻尼角。
图 14 空气腔敞开时液压悬置阻尼 角仿真结果与试验结果对比
4 结论
通过一系列试验测量出液压悬置的重要物理参
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2014 年( 第 36 卷) 第 7 期
π(
d
△p / 2)
2
△x
(11)
式中 d 为液压缸的内径。
图 5 橡胶主簧等效活塞面积
由图 5 可见,在橡胶主簧被压缩的过程中,其泵 压液体的有效活塞面积基本不变,可近似认为是固 定值,以简化模型的计算。
图 6 中橡胶主簧的体积刚度随着液室的压缩而 逐渐增大,且在一定的范围内接近于线性变化。
图 6 橡胶主簧体积刚度
3 参数获取试验结果分析
参数测量结果如图 5 ~ 图 8 所示。
图 7 解耦膜体积刚度
上液室的体积刚度由橡胶主簧的体积刚度和解
耦膜的体积刚度串联得到[12] ,即
K1
=
Ka ·Kb Ka +Kb
(12)
由图 8 可以看出,其体积刚度在有效工作范围
内相对很小,符合其性能要求。 在曲线的最后发生
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Keywords: automotive powertrain; hydraulic mount; parameter acquisition; dynamic characteristics
前言
的影响,因而参数获取对于液压悬置动态特性曲线 的设计与修正具有重要意义。
动力总成是引起汽车振动的重要激励源,动力 总成的悬置结构及其动态特性对汽车振动、噪声和 乘坐舒适性有着极为重要的影响。 动力总成液压悬 置是一种减振隔振元件,由于在动态性能上相对橡 胶悬置有着明显的优势,已在汽车上得到大量应用。 它利用阻性液体在其内部惯性通道中快速地往复流 动时所产生的黏滞阻力,很好地克服了橡胶悬置低 频阻尼小、高频出现动态硬化现象的局限性,在宽泛 的频率段更好地满足了汽车动力总成减振隔振的要 求[1-3] 。
如图 7 所示,解耦膜的体积刚度随着液室的压 缩而逐渐增大。 堵住隔板上的小孔形成空气弹簧 时,解耦膜的体积刚度比没有空气弹簧时的体积刚 度明显大很多。
图 4 解耦膜体积刚度测量示意图
为研究空气弹簧对液压悬置的影响,分别测量 封堵和不封堵空气腔气孔时解耦膜的体积刚度。 2. 4 底膜体积刚度测量
下液室的功能是容纳液体,它的体积刚度应较 小,以尽量减小对解耦膜和惯性通道发挥应有特性 产生的干扰和影响。 从液压悬置的结构可知,下液 室的体积刚度等同于橡胶底膜的体积刚度,其测量 方法与解耦膜相同,不再赘述。
主簧的外围硫化固定于外金属壳,且内表面形状不
规则,故难以通过几何公式精确计算橡胶主簧泵吸
液体的有效活塞面积,因而采用图 3 所示的试验方
法进行测量。
图 3 主簧等效活塞面积及体积刚度测量示意图
将橡胶主簧与特别制作的液室腔体密封组装在
一起,液室腔内灌装满液体,固定于 MTS 试验台,打
开液压管上的阀门。 控制 MTS 试验台上部作动头
迫使橡胶主簧缓慢地作泵压运动,将液室内的液体
缓慢排出,并用量筒计量此过程中所溢出的液体体
积,从而可计算出橡胶主簧的等效活塞面积 S:
S = △V / △x
(9)
式中:△V 为溢出液体的体积;△x 为主簧下压行程,
即作动头步进位移。
2. 2 橡胶主簧体积刚度测量
体积刚度是腔内单位体积改变量所引起的液压
1. Jilin University, State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Changchun 130025; 2. Ninghai Jianxin Rubber and Plastic Co. , Ltd. , Jianxin Zhao’s Group, Ningbo 315600
[摘要] 对汽车动力总成的空气弹簧式液压悬置进行受力分析,建立动力学模型,通过一系列试验获取悬置 的参数,并利用它们对动力学模型进行仿真,得到空气弹簧式液压悬置的动态特性,并与试验得到的动态特性做比 对。 结果表明,空气弹簧式液压悬置仿真与试验的动态特性基本一致,说明所建立的仿真模型是正确的,所获取的 液压悬置参数是准确的。
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汽车工程 Automotive Engineering
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汽车动力总成液压悬置参数试验研究
杨 慰1 ,史文库1 ,马利红2 ,潘 斌2 ,徐 波2
(1. 吉林大学,汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130025; 2. 建新赵氏集团宁海建新橡塑有限公司,宁波 315600)
图 11 空气腔密封时液压悬置动刚 度仿真结果与试验结果对比
图 12 空气腔密封时液压悬置阻尼 角仿真结果与试验结果对比
图 9 橡胶主簧动刚度
图 13 空气腔敞开时液压悬置动刚 度仿真结果与试验结果对比
图 10 橡胶主簧阻尼角
利用获取的参数在模型中进行动态仿真,得到 液压悬置的动刚度和阻尼角。 另外再用台架试验 的方法测试液压悬置的动刚度和阻尼角。 将仿真 与试验的动态特性曲线进行对比,如图 11 ~ 图 14 所示。
刚度和阻尼,橡胶主簧的
垂向 振 动 对 于 上 液 室 内
的液 体 来 说 相 当 于 等 效
活塞 的 泵 吸 运 动。 图 中
Ap 为 橡 胶 主 簧 泵 吸 液 体 的等 效 活 塞 面 积, Kr、 Br 图 2 分别 为 橡 胶 主 簧 的 刚 度
液压悬置模型示意图
和阻尼系数,Qi为惯性通道内的液体流速,p1 、p2 分别 为上液室和下液室的液体压力,C1 、C2 分别为上液室 和下液室的体积柔度( 体积变化量与相应压力变化
相对于橡胶悬置来说,液压悬置的结构较为复 杂,其整体动态特性受到各组成部件的动力学参数
1 液压悬置建模分析
本文中所研究的液压悬置内部带有空气弹簧, 其结构如图 1 所示。 与普通液压悬置结构不同的 是,解耦膜与隔板之间形成一个独立的空气腔,由气 孔与大气相通,此时解耦膜的刚度较小。 气孔外部 的电磁阀在通电后其伸缩头可堵住气孔,使空气腔 密闭,腔内空气与弹性解耦膜共同形成一个空气弹 簧。 解耦膜的上表面在液力作用下受迫振动时,其 下表面会受到空气弹簧的反作用力,表现为解耦膜 刚度大增,从而改变上液室的体积刚度,影响液压悬 置的动态特性。
杨慰,等:汽车动力总成液压悬置参数试验研究
突变激增,这是底膜扩张过度,受到金属底盘的限位 保护所造成的。
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图 8 橡胶底膜体积刚度
在 MTS 试验台上对橡胶主簧施加预载并进行 动特性试验以测量其动刚度和阻尼角,其结果如图 9 和图 10 所示。 可以看出,动刚度和阻尼角在一定 的频率范围内基本维持不变。
关键词:汽车动力总成;液压悬置;参数获取;动态特性
An Experimental Study on the Hydraulic Mount Parameters of Automotive Powertrain
Yang Wei1 , Shi Wenku1 , Ma Lihong2 , Pan Bin2 & Xu Bo2
质量的惯性系数 Ii和阻尼系数 Ri由下式计算:
Ii = ρLi / Ai
(7)
Ri = 128μLi / ( πd4i )
(8)
式中:ρ、μ 分别为液体的密度和动力黏度;Ai、Li、di 分别
为惯性通道的横截面积、通道长度和通道水力直径。
采用 美 国 的 MTS ( mechanical testing & simula-
Ka = △p / (S△x)
(10)
式中 S 为前面已测的橡胶主簧泵吸液体的等效活塞
面积。
2. 3 解耦膜体积刚度测量
解耦膜固定于隔板总成上,为方便试验的操作,
本试验将 隔 板 总 成 与 液 室 紧 固 密 封 在 一 起 形 成 内
腔,以测量解耦膜的体积刚度。
如图 4 所示,将惯性通道完全封堵的隔板总成
与液室腔 体 密 封 组 装 在 一 起, 液 室 腔 内 灌 满 液 体。
右侧的液压缸固定于 MTS 试验台。 控制作动头的
步进位移 △x,缓慢向下压活塞推杆,液压迫使解耦
膜变形内陷。 同时,具有体积刚度的解耦膜反作用
于液体,液压传感器测得液室内的液压增大 △p,于
是解耦膜的体积刚度可表示为
K
b
=
数,并对所建立的动态模型进行液压悬置动态特性 的仿真。 仿真的动态特性与试验结果吻合较好,表 明仿真模型可较精确地表达液压悬置的动态特性, 并且参数测量试验方法正确,测量结果较准确。