III-2-1：负载发生变化时有响声解析课件.ppt

1、III 2-1：负载发生变化时有爆震声一、导入 随着当前底盘、发动机技术的日臻完善，车辆的振动、噪声的控制转而成为各个整车厂在研发上的重中之重。据统计分析在一个车辆系统的上万个零部件中，对振动起关键作用的大概有二百个。噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。（声振粗糙度又可称

2、为不平顺性或冲击特性）它们又分别在整车的振动系统中起不同的作用。这里仅对发动机产生的振动经由发动机悬置到车身的振动系统的结构、作用、设计要求给出一定程度的阐述和说明。整车不同的部件都有自己的固有频率，见下表：振动情况及位置频率Hz路面激励的频率范围车体13座椅和驾驶员48发动机总成518前后桥1016车轮共振1115排气管机械系统1222发动机的振动频率范围怠速抖动2030车体弯曲扭转2540方向盘抖动2540发动机总成弯曲130230排气管气体系统1001000变速器噪声350600进气系统噪声100600发动机噪声10005000基于汽车振动学的相应设计优化，应最大可能的避免整车主要部件在

3、各种工况下的振动耦合。悬置的作用概括来说就是对发动机振动和路面激励的隔离和吸收，减少乘客舱中人所受的影响，降低其他零部件因为过多振动产生的疲劳破坏。支座=悬置学习任务学习任务1 发动机悬置的作用和负荷发动机悬置的作用和负荷1.悬置的定义：装配在动力总成与车身（架）之间起支撑连接作用并使二者间的力的传递产生衰减的弹性减振元件。2.悬置及悬置系统的作用 支撑作用、隔振作用、保护作用（抑制动态位移）抑制动态位移）；2.1 支撑作用：悬置是一个支承元件。它必须能承受发动机总成的质量，使其不至于产生过大的静位移而影响工作。2.2 保护作用：发动机在受到各种干扰力（如制动、加速、或其它动载荷）作用的情况下

4、，悬置应能有效的限制其最大位移最大位移，以避免发生与相邻零件的碰撞与干涉，确保发动机能正常工作和周边零件安全。二、知识准备F Fx x限位器限位器静静态态状状态态 动态动态 状状态态 2.3 隔振作用：悬置是动力总成与车身（架）之间的连接件，它应具有良好的隔振作用。一方面，它要阻止作为主振源的发动机向车身（架）传递振动力，这类隔振形式称为积极隔振；另一方面，悬置必须阻止路面不平激励等传给发动机的振动和冲击，并使动力总成作为动力吸振器衰减车身的振动能量；这类隔振形式称为消极隔振。因此悬置是具有双向隔振的特性。3.振动的产生及振源：发动机激励、路面激励发动机作为整车中最大的振源。3.1 发动机燃烧

5、引起的激励频率。受发动机的型式、缸数、工作转速、曲柄排列以及发火次序等影响较大。3.2 由不平衡的旋转质量和往复运动的质量所引起的惯性激振力和力矩的激振频率。3.3 路面激励：路面的激励一般是由路面的不平整性引起；通过轮胎、悬挂和传动系等传导到车身，通常频率较低；一般为5Hz左右悬置是一个支承元件。它必须能承受发动机总成的质量，使其不至于产生过大的静位移而影响工作。学习任务学习任务2 不同发动机支座的类型、结构、材料和特点不同发动机支座的类型、结构、材料和特点1.发动机的布置形式发动机的布置形式 前置前驱（FF），前置后驱(FR)，后置后驱(RR)，全驱（4WD）还有中置后驱（MR）等。发动机

6、布置的多样性催生出多种的悬置布置形式。几乎所有的日本中小型车都用4 点支承系统，欧洲很多中型车也用这种系统，但在法国市场只有 3 点支承系统。动力总成悬置系统根据悬置的数目、组合形式及布局形式的不同有着不同的特点。质量发动机+变速箱发动机+变速箱+驱动轴转距约1/4的驱动转距T全部的驱动转距T转距方向纵向横向2.悬置系统常见布局形式1）左右承载悬置和下拉杆悬置三点悬置布局。应用举例：一汽A平台、北汽-BC301Z、北汽-C80K、华晨-A3、SGM_615_MT、力帆520。布局特点：左右悬置基本完全承载动力总成，下拉杆主要承受扭矩。2）左右承载悬置、下拉杆悬置及上拉杆悬置四点悬置布局。多见于

7、上汽荣威系列和名爵系统，是英国罗孚Rover血统的延伸；力帆620。布局特点：发动机上拉杆悬置以控制发动机悬置纵向位移。3）左右承载悬置和前后抗扭悬置四点悬置布局。应用举例：奇瑞-T21-CVT19、广汽ACCORD、比亚迪BYD_F3DM_MT、上海通用GL8、力帆720。布局特点：此布局大大增强了扭矩承受能力，多见于1.8L 以上的中级轿车或商务车。4）发动机左右悬置加变速箱后悬置的纵置布局。应用举例：华晨H2项目、海狮、阁瑞斯项目、力帆微车。布局特点：本布局形式一般为纵置后驱布局，发动机悬置V型布局，抗扭矩好。5）对于部分高端车型，一般采用的是动力总成纵向布置，后轮驱动，悬置布局一般采用

8、左右发动机悬置和变速箱悬置，如大红旗（HQE）及新大红旗（V501）项目（见右图所示）。当然，以上只是国内较典型的悬置布局。另外还有一些较少见的布局方式，如奥迪A6发动机纵向布置前轮驱动的前悬置和左右承载悬置布局、大众捷达三点承载悬置布局（三角形状）、通用君越三点承载悬置和上拉杆悬置布局。一般在汽车上采用三点及四点悬置系统。因为在振动比较大时，如果悬置点的数目增多，当车架变形时，有的悬置点会发生错位，使发动机或悬置支架受力过大而造成损坏。三点式悬置与车架的顺从性最好，因为三点决定一个平面，不受车架变形的影响，而且固有频率低，抗扭转振动的效果好。值得推荐的是前悬置采用两点左、右斜置、后端一点紧靠

9、主惯性轴的布置方案，这种布置具有较好的隔振功能。在四缸机上得到广泛应用。而前一点、后两点的三点式多用于六缸机。四点式悬置的稳定性好、能克服较大的转矩反作用力，不过扭转刚度较大，不利于隔离低频振动。但经过合理设计，仍可满足四缸机、更能满足六缸机的要求。四点式悬置在六缸机上的使用最为普遍。图3162是典型的三点式和四点式悬置。在重型汽车上，因为其动力总成质量和长度大，为了避免发动机机体后端面与飞轮壳接合面上产生过大的弯矩，一般在变速器上增加一个辅助支点，从而形成五点式悬置。由于该支点距动力总成的质心最远，又是过定位点，因此辅助支点刚度不能太大，以避免因车架变形而损坏变速器或悬置支架。3.悬置结构1

10、）橡胶悬置悬置结构为橡胶金属支架，在低频、大振幅的动刚度和滞后角变化小。在高频、小振幅激励下的动刚度和滞后角变化不大，容易产生动态硬化现象，常用于发动机前后悬置，阻止发动机过渡扭转。发动机悬置-起亚常见的结构：压缩式 剪切式 倾斜式 压缩压缩型型：单单位受位受压压面面积积可以承可以承受大受大载载荷荷。剪切型剪切型：用于希望用于希望主方向主方向的的弹弹性模数特性模数特别别低的低的场场合合。倾倾斜型斜型：设设定定上上述述弹弹性模数困性模数困难时难时使用使用。2）液压悬置：为实现悬置低频高阻尼高刚度、高频(30-250Hz,0.05-0.1mm)低阻尼低刚度以及解决橡胶悬置的高频硬化现象而诞生。典型

11、结构：搅拌式 节流孔式 惯性流道式 惯性流道解耦盘（膜）式 液阻衬套式悬置结构为橡胶形腔液体（乙二醇）金属支架，在低频、大振幅的激励下具有大阻尼；在高频、小振幅的激励下具有小刚度。可根据实际和成本情况决定采用一个液压悬置还是采用多个液压悬置。常用于发动机左右悬置。发动机液压悬置 汽车设计向轻型化、经济化发展，采用小型、大功率发动机和轻量化的汽车材料使得发动机振动激励增大，车体刚度减小，从而导致车内振动和噪声特性恶化。传统的橡胶悬置已经不能很好地满足汽车减振降噪的性能要求。发动机液压悬置技术的出现弥补了橡胶悬置的不足。1 引言6 一个理想的动力悬置系统应具备以下两点特性：在520Hz的低频范围内

12、，为了有效衰减因路面不平和发动机怠速燃气压力不均匀引起的低频大振幅的振动，需具有高刚度、大阻尼的特性；而在20 Hz以上的频带范围内，为了降低车内噪声，提高汽车的操纵稳定性，需具有低刚度、小阻尼的特性。液压悬置则克服了传统动力总成橡胶悬置阻尼偏小的局限性，能够更好地满足汽车动力总成隔振的要求。2 发动机液压悬置的结构 液压悬置按控制方式可以分为被动悬置、半主动悬置和主动悬置三种。半主动悬置和主动悬置虽然在隔振降噪性能方面要优于被动悬置，但由于它们的结构比较复杂、成本较高、系统稳定性较差等问题，而使得它们没有被广泛使用。现在的汽车上使用最广泛的还是被动式液压悬置。早期的液压悬置内部被分为上、下两

13、个液室，两液室之间通过一个简单的阻尼孔或者螺旋型的惯性通道连通，如图1所示。为了改善液压悬置高频时的隔振性能可以在两液室之间加入解耦膜，这就是目前应用非常广泛的惯性通道-解耦膜式液压悬置，如图2所示。图1无解耦膜的液压悬置图 图2惯性通道-解耦膜式液压悬置图 液压悬置是由许多部件组成的复杂装置,目前经济型轿车使用最多的液压悬置是惯性通道-解耦盘液压悬置。这种类型的液压悬置可能在具体的元件形式和液体介质等方面略有差别,但基本结构和功能都一致,典型的液压悬置结构如图3所示。图3 液压悬置结构示意图1.联结螺栓 2.金属骨架 3.橡胶主簧 4.限位支撑 5.金属外罩6.惯性通道入口 7.惯性通道上半

14、部 8.惯性通道 9.解耦盘 10.下腔室底膜11.底座 12.定位销 13.联结螺栓 14.气孔 15.惯性通道下半部分3 发动机液压悬置的原理 当液压悬置受到低频、大振幅激励时,液体将经过惯性通道在上下腔内往复流动。当液体流经惯性通道时,由于惯性通道内液柱的运动产生较大的沿程能量损失和惯性通道出、入口处为克服液柱惯性而产生的局部能量损失,液压悬置将产生大阻尼效应,使振动能量尽快耗散,从而达到衰减振动的目的。当液压悬置受到高频小振幅激励时，由于惯性通道内液柱的惯性很大，液体几乎来不及流动，同时，由于解耦膜在小变形时的低刚度特性，而使得解耦通道内的液体随着解耦膜一起高速振动，从而降低液压悬置的

15、高频动刚度，消除动态硬化的效果。4 发动机液压悬置的发展状况4.1 发动机液压悬置的发展历程1962年，美国GM公司申请了历史上第一个液压悬置专利。1979年原西德大众公司在Audi五缸Otto发动机上应用液压悬置，标志着汽车动力总成液压悬置应用从此开始了。1987年美国Avon公司开发了控制气体弹簧气压来调整动特性的液压悬置。这标志着液压悬置开始由被动式向半主动式控制、主动式控制方向发展。20世纪90年代，运用计算机仿真技术和有限元分析，提高模拟精度，进一步完善液压悬置的动态特性。我国对发动机液压悬置的应用始于20世纪90年代，1991年液压悬置随一汽Audi轿车引进而进入我国，随后国内各大

16、汽车厂和研究院所不断引进新车型，并开展相关研究，研究成果较好的有吉林工业大学、清华大学和长春汽车研究所等单位，但没实现国产化。4.2 液压悬置的研究现状 研究单位 从事悬置研究的单位很多，国外的既有如美国通用公司、日本三菱公司，德国奔驰、大众公司等著名汽车生产商，也有如德国 Freudenberg 公司这样专门从事汽车悬置系统设计和悬置元件开发的公司，还有如美国俄亥俄州大学、西北大学、北达科他州大学等专业科研单位。国内从事悬置研究的单位主要有一汽、二汽神龙汽车、吉林工大和清华大学等。相比之下国外开展液压悬置研究的时间较长，对悬置的减振机理和动特性的研究比较深入，研究的重点以悬置的设计创新为主。

17、国内的研究起步比较晚，重点主要以消化吸收国外同类轿车的悬置系统布置方式和研究现有悬置产品的动特性为主。研究方法（1）试验分析 液压悬置的试验包括悬置元件试验和内部组件试验。悬置元件试验的目的是获得悬置在不同的激励频率和振幅下的三向动刚度和滞后角特性，为仿真分析的验证和悬置的优化设计提供数据参考。组件试验的目的是分析单个组件在整个悬置元件中的作用，测试主要组件的特性参数值，如橡胶主簧的弹性系数kr，阻尼系数br，上、下液室体积刚度kv、kb和橡胶主簧的等效泵压面积Ap等。具体试验包括：悬置元件及橡胶主簧动刚度和阻尼测试，上、下液室体积刚度测试，惯性通道阻尼系数测试，液体物理参数测试以及悬置结构参

18、数测量等。（2）理论分析 理论分析的直接目的是建立精确的仿真模型，在此基础上通过仿真计算分析液压悬置的动刚度、阻尼的频变特性和幅变特性，找出影响悬置动特性的关键设计参数，进而进行结构参数的优化匹配。5发动机液压悬置存在的问题（1）液阻悬置历尽40多年的发展，其结构形式有了很大的发展，各种新型的液阻悬置不断出现。但由于悬置减振性能、制造成本、系统复杂性和占用空间等方面的原因，现在实车上采用较多的还是惯性通道活动解耦盘式液阻悬置。（2）目前研究中对低频、大振幅激励下液阻悬置集总参数对其动态特性的影响规律分析较多，而对高频、小振幅激励下液阻悬置集总参数对其动态特性的影响规律研究较少。（3）现存的液阻

19、悬置集总参数辨识方法主要有经验公式法、试验法和有限元方法，由于各种各样的原因，这些参数辨识方法均存在一定的局限性。（4）目前对于悬置系统的优化设计研究的比较多，而对悬置元件的优化设计还没有成熟的理论，大多采用仿制或采用类比的方法确定悬置的设计参数。汽车发动机液压悬置是一个复杂的系统，目前国外已经在设计、开发与制造等方面取得了一系列重要研究成果，但国内的研究与国外的差距还很大，液压悬置的自主设计、开发、制造以及液压悬置隔振技术在国产汽车上的应用等方面至今尚属于起步阶段。振兴民族汽车工业，开展液压悬置的研究，对于提高国内汽车发动机悬置系统隔振技术水平，降低车辆的振动和噪声，增强车辆产品的竞争力具有重要的意义。6 结语三、实施学习任务学习任务4 拆卸和安装发动机悬置拆卸和安装发动机悬置1.制定更换发动机悬置的拆卸和安装计划。2.按照制造商规定更换发动机悬置。