江铃汽车

论文分类号U463.39单位代码10183 密级内部研究生学号2993210

吉林大学

硕士学位论文

江铃全顺轻型客车液压悬置系统隔振特性研究

The study on the vibration isolation characteristic of JX493ZQ

Hydraulic Mount System

作者姓名: 李辉

专业：车辆工程

导师姓名

及职称: 史文库教授

论文起止年月：2001年1月至2002年3月

提要

有效地隔离发动机的振动向车架的传递是汽车设计的一个重要问题，其对整车舒适性和噪声水平有决定性的影响。液压悬置作为悬置元件，在汽车上应用越来越多。本文结合江铃汽车集团公司课题<全顺轻型客车发动机液压悬置系统>开展研究，本文的主要研究工作和结果为：

1.在阅读大量国内外参考文献的基础上，对发动机动力总成液压悬置元件的发展进行了系统的总结，并根据其结构进行了科学分类，较为详尽地阐述了各种液压悬置的工作原理，性能特点,并指出了其不足之处，以及今后的发展方向。对液压悬置系统的发展历史也作了简要的回顾，并指出了它的发展趋势。

2.结合液压悬置样件就其结构和工作原理进行较详细的分析，然后给出其动特性的定义。

3.建立了液压悬置的等效力学模型和橡胶悬置的力学模型，在此基础上建立了动力总成6自由度的力学模型。分析了发动机激励的特点，运用Newmark法进行了动力总成液压悬置系统稳态振动响应和瞬态工况，如汽车制动、转弯、路过不平路面和发动机起动等工况下动力总成的瞬态响应计算，绘制了在此工况下动力总成质心的振动响应曲线以及前左液压悬置、后橡胶悬置的动反力曲线，以及稳态工况下各悬置点上下加速度与频率的关系曲线，最后还计算出动力总成液压悬置系统的振动传递率曲线。

4.通过实验对动力总成的基本参数进行了测试，分别对动力总成重心的确定和质量惯性矩的计算进行了简要的介绍，最后给出实验结果。

5.针对江铃JX493ZQ动力总成液压悬置系统开展了动力总成刚体六阶模态测试和动力总成悬置系统隔振特性测试，研究了江铃全顺原车液压悬置系统的隔振特性并进行了分析，为以后产品的开发提供了有价值的参考依据。

目录

第一章绪论 (1)

1.1动力总成悬置的理想动特性 (1)

1.2动力总成悬置元件的发展历史 (2)

1.3动力总成悬置系统的发展历史 (7)

1.4本文的研究内容和意义 (10)

第二章液压悬置的结构和工作原理 (12)

2.1引言 (12)

2.2 液压悬置的结构和工作原理分析 (13)

2.2.1 结构分析 (14)

2.2.2 工作原理 (16)

2.3 液压悬置动特性的定义 (16)

2.4本章小结 (17)

第三章动力总成液压悬置系统的建模及响应分析 (18)

3.1 液压悬置等效模型的建立 (18)

3.2 橡胶悬置模型的建立 (21)

3.3 动力总成液压悬置系统的建模 (22)

3.4 发动机激励分析 (28)

3.5 动力总成液压悬置系统稳态振动响应分析 (29)

3.6 动力总成液压悬置系统瞬态振动响应分析 (32)

3.6.1 发动机起动时动力总成瞬态振动响应分析 (32)

3.6.2 汽车制动时动力总成瞬态振动响应分析 (34)

3.6.3 汽车转弯时动力总成瞬态振动响应分析 (35)

3.6.4 汽车通过不平路面时动力总成瞬态振动响应分析 (36)

3.7 动力总成液压悬置系统的振动传递率计算 (37)

3.8 本章小结 (39)

第四章动力总成基本参数测试 (40)

4.1引言 (40)

4.2重心位置的确定 (40)

4.3质量惯性矩的计算 (43)

4.4实验结果 (51)

第五章动力总成-液压悬置系统隔振特性试验研究 (52)

5.1 概述 (52)

5.2 动力总成刚体六阶模态测试 (53)

5.2.1实验仪器连接框图 (53)

5.2.2实验方法及步骤 (54)

5.2.3分析与讨论 (56)

5.3 动力总成悬置系统隔振特性测试 (57)

5.3.1实验方法及步骤 (57)

5.3.2数据处理 (58)

5.3.3分析与讨论 (60)

全文总结 (62)

致谢 (64)

参考文献 (65)

摘要 (Ⅰ)

Abstract (Ⅴ)

第一章绪论

舒适性是汽车、特别是轿车的主要性能指标。引起汽车振动的振源主要有两个。一是汽车行驶时的路面随机激励；二是发动机工作时的振动激励。一般地讲，路面不平度激励对驾驶员的手、脚以及乘员的舒适性影响较大，但是随着道路条件的改善和轿车悬架系统设计的完善，这方面的影响在一定程度上得到缓解；另一方面，现代轿车的设计强调轻量化，采用了新型高强度轻质材料以图降低整车质量，而发动机的质量却难以降低。这样，发动机的质量在整车质量中所占比重有所上升。然而发动机却多采用平衡性较差的四缸四冲程发动机；轿车多采用整体式的薄壁结构车身，这样的车身弹性增加，振动趋势上升，发动机对车身的振动激励相对增加。以上诸多因素使得发动机振动激励成为轿车的主要振源。

如何有效地隔离发动机的振动向车架（身）的传递，是汽车设计的一个关键问题。从汽车的发展历史中可以清晰地看出发动机振动的隔离技术的发展过程。动力总成悬置元件作为振动传递途径上的一个零件所起的作用日益受到重视。如何布置悬置以图获得较佳的减振降噪效果的动力总成悬置系统设计也从最初由经验设计发展成为一门科学[1]，下面简单地回顾一下动力总成悬置元件和系统设计的发展过程。

1. 1 动力总成悬置的理想动特性

当振动激励频率等于汽车某阶固有频率时，将使之产生强烈的振动和噪声。汽车动力总成受到的振动激励主要包括来自发动机、路面和轮胎等的稳态激励，以及汽车起动、加速、减速、转弯、制动等工况下扭矩变化造成的瞬态激励。

动力总成悬置将动力总成与车体连接在一起，其目的在于衰减动力总成的低频振动、隔离其高频振动向车内的传递、抑制车室空腔噪鸣声(Booming Noise)，并以动力总成作为动力吸振器抑制车体的某阶共振。由此可见，对动力总成悬置的隔振性能要求是相当高的。

设计和选择动力总成悬置时应当考虑：静载(动力总成及其附件重量)、动载(随机振动引起的载荷、发动机的扭转载荷) 。动力总成悬置的基本要求是：固定并支承动力总成；承受动力总成的内部作用力(如发动机的往复惯性力、输出扭矩等)和外部作用力(汽车其他部分对动力总成的作用力)；最大限度地双向隔离动力总成与车体之间的振动；保证汽车一定大修寿命：保证汽车生产和装配过程中工艺要求。

动力总成悬置的理想动特性是：悬置具有较高静刚度，以支承动力总成重量和输出扭矩．；悬置具有低频大阻尼、高刚度特性，以衰减汽车起动、制动、换档以及

急加速、减速等过程中，因发动机输出扭矩波动引起的大振幅振动；悬置应当在7～12Hz范围内具有较大阻尼，以迅速衰减因路面、轮胎激励引起的动力总成低频振动；悬置在25Hz附近应当具有较低的动刚度，以衰减怠速振动；悬置应具有高频小阻尼、低动刚度特性，以降低振动传递率，提高降噪效果。显然，动力总成悬置的理想动特性要求十分复杂，有时甚至是相互矛盾的。

1.2 动力总成悬置元件的发展历史

最初可以说没有动力总成悬置元件这个概念，因为发动机是直接靠螺栓连到车架上去的。这样，发动机的振动直接传到车架，车架的变形和振动也直接传到发动机上，但这常常造成曲轴箱和支架的破坏。随着汽车设计制造水平的提高，发动机作为汽车的主要振源对整车舒适性的影响才日益突出。人们开始采用皮革、布垫来连接动力总成与车架。到本世纪二十年代，橡胶开始作为悬置元件的主要材料，但当时设计其的主要目的是为了防止曲轴箱的破坏[2]，而不是以隔离发动机的振动为目的。后来，四缸发动机被广泛采用，由于其强烈的二阶不平衡惯性力造成动力总成的振动更加突出，对整车舒适性的影响也大为增强。在这种情况下，各大汽车制造厂开始关注动力总成的减振降噪问题。于是，通过将橡胶硫化到金属骨架上，这样各种各样的橡胶悬置元件就被设计出来了。

因为橡胶本身的特性决定了其动刚度和阻尼滞后角随频率呈线性变化，而且阻尼滞后角很小，一般只有10 °左右。因此其不能满足汽车使用工况对悬置元件的要求。因此在七十年代，人们开始研究一种新型悬置元件—液压阻尼式橡胶悬置（Rubber Mounts with Hydraulic Damping）或液压（力）悬置。其原理是将液压减振结构与橡胶支承结合在一起，通过液体在上下液室内的流动产生阻力，从而获得比橡胶悬置好的减振降噪效果。

根据控制方式液压悬置可分为被动式、半主动式和主动式液压悬置。下图为液压悬置的分类框图 (图1－1a):

图1－1a 液压悬置的分类

最初的液压悬置是靠内部节流孔尺寸的改变来获得比橡胶悬置在低频好的减振特性，但在高频和橡胶特性差不多。图1—1b为节流孔式液压悬置。图1—2为这种悬置与橡胶悬置动特性对比曲线。

图1－1b 节流孔式液压悬置

图1－2 节流孔式液压悬置与橡胶悬置动态性能对比曲线为提高液压悬置在高频的降噪能力，人们进而开发出惯性通道式液压悬置。在该液压悬置内连接上下液室的是惯性通道，通过控制惯性通道长度与通道截面直径之比，可以控制液压阻尼。在惯性通道式液压悬置上加解耦（盘）器之后就形成解耦（盘）器—惯性通道式液压悬置，该液压悬置可以在高频内通过调整内部液体流量和流向，从而降低高频动刚度，进而降低高频振动时的车内噪声。图1—3为该悬置与非解耦式的动刚度对比曲线。

八十年代后期，人们开始设计半主动式、主动式动力总成悬置元件，现在已成功地开发出了半主动式和主动控制式液压悬置，并在四缸发动机上得到应用，取得

令人满意的效果。半主动式液压悬置是根据输入信号，利用低功率作动器，调整悬置的内部参数及其工作状态，优化其动特性，从而实现减振降噪目的。文献[4]介绍了一种可调式液压悬置，其能在发动机怠速和发动机工作过程之间调节阻尼特性。如图1—4所示。文献[5]介绍了将电流变液体应用于液压悬置从而实现半主动控制。此外，还有控制节流通道参数式液压悬置、控制气体弹簧压力式液压悬置、控制液柱共振式液压悬置等。主动控制式液压悬置是利用控制单元将外部振动输入信号转换，并通过作功器输出与外部激励同频等幅、反相响应，以实现减振降噪目的的液压悬置。图1—5为一主动式液压悬置。文献[6][7]中讲到主动式液压悬置的控制模型中作了如下假设：怠速工况下，车架被认为是作微幅振动的弹性结构，动力总成为刚体并通过悬置元件固定在车架上；液压悬置是连接动力总成和车架的弹性元件，沿着其轴向传递力；动力总成为振源，因前悬置支承了动力总成重量的80％，故从成本考虑只在两个前悬置上采用了主动式液压悬置。文献[8]应用压电式助动器实现主动控制；文献[9]着重研究了发动机怠速大振幅条件下的主动控制；德国学者Müller 等提出了主动吸振器（Active Absorber）[4]；A.Swanson对电动解耦主动控制式液压悬置进行了研究等等。

图1－5主动式液压悬置主动控制式液压悬置已经有应用。同时，液压悬置也用到汽车的其他部位如驾驶室[9]等。在开发液压悬置的同时，人们对液压悬置进行了大量的理论分析和试验研究，因液压悬置具有非线性刚度和阻尼，非线性系统的分析方法应用到液压悬置的分析上来[10]。有限元方法也应用于橡胶悬置及液压悬置的分析上。文献[11]对橡胶悬置应用商业性的非线性有限元软件进行了参数优化设计，以期达到系统对悬置的刚度要求；文献[12]进行了液压悬置有限元建模。

液压悬置的评价与展望：

汽车动力总成液压悬置是国际上八十年代迅速发展起来的隔振新技术，它克服了橡胶悬置的缺陷，具有优良的动特性，可以明显降低整车振动和车内噪声水平，提高乘坐舒适性，受到世界各国重视，并得到用户好评。现在液压悬置不仅在轿车上逐步普及，并开始在客车、货车、以及包括船舶、飞机、农用车在内的移动式机械上应用。就其在汽车上应用而言，液压悬置不仅用于动力总成悬置，也开始用于

独立悬架与车身连接处以及驾驶室悬置等重要隔振部位。因此，液压悬置替代橡胶悬置是汽车技术发展的必然趋势，开展液压悬置的研究，对提高国产汽车隔振技术水平具有重要意义。液压悬置经过多年发展，结构日趋复杂，性能日趋完善。被动式液压悬置的优点是：结构尺寸小，制造安装工艺简单，成本低，不消耗功率，可在某一频段内明显提高整车舒适性，目前得到较为广泛应用。其中，如解耦盘式、解耦膜式以及多室式液压悬置都在不同程度上表现出优异性能，极具发展前途，应用前景十分广阔。现在它在汽车上的普及刚刚开始，随着其应用的日趋广泛，必然会出现结构更新、性能更为优异的被动式液压悬置。此外，被动式液压悬置同时也是半主动式液压悬置和主动式液压悬置的发展前提和基础，当前应该予以重点研究。

半主动式液压悬置可根据输入信号调整液压悬置的动特性，应用表明其性能明显优于被动式液压悬置；与主动式液压悬置相比，其控制理论比较成熟，成本较低，结构简单，作动器消耗功率少。但半主动式液压悬置增加了控制机构，使成本增加，结构尺寸增大，安装不便，因此虽然有应用的实例，尚未达到推广、普及的程度。此外，半主动式液压悬置往往在某一频段有不令人满意的特性，尚有待进一步完善和提高。

主动式液压悬置利用动力消振技术，系统响应速度快，减振效果明显优于半主动式液压悬置，理论上可使车架振动响应为零，试验表明，它比应用开环控制的半主动式液压悬置的车内噪声降低5~10dB,代表了液压悬置的未来。目前主动式液压悬置的主要问题是：传感器、控制单元、动力源和作动器技术要求高，价格昂贵，功率消耗大(每个悬置消耗15W，而半主动控制液压悬置仅为1.5W)，而且由于发动机机舱环境复杂，温度高，易于接触油污，易于损坏，不易维修,因此鲜有应用的实例。未来的发展方向是降低主动式液压悬置复杂程度和成本，提高系统的可靠性，以期得到应用。

1.3 动力总成悬置系统的发展历史

研究动力总成悬置元件只是动力总成隔振系统研究的一个方面，如何布置悬置元件是设计动力总成隔振系统的关键，只有设计良好的隔振系统才能真正起到减振降噪的功能。

Elwood F.Riesing在研究美国汽车制造商1949年生产的十九辆车的动力总成隔振系统设计后，提出了从整车的角度对动力总成悬置系统的要求：固定并支承动力总成并防止其影响操纵稳定性；支承发动机的不平衡离心力、往复惯性力等；隔离由发动机曲轴、活塞等引起的结构振动；隔离由于怠速、加速、减速而造成的动力总成俯仰惯性力；隔离路面激励引起的振动向动力总成的传递；能够减弱由离合器

引起的碰撞；保证汽车一定的大修寿命；保证汽车生产和装配过程中工艺要求；适应不同的环境以及防沙、防水、防油、防泥等。

早期人们主要研究发动机纵向布置的前置后驱动型式的动力总成悬置系统的设计思想和理论，应用撞击中心理论并注重动力总成的振动解耦。在系统的布置上注重以动力总成的惯性轴为坐标轴系来布置弹性元件，从而消除惯性耦合，以及使悬置的弹性中心位于系统的主惯性轴上或动力总成的质心处，从而消除弹性耦合。悬置的弹性中心放在质心处可使悬置系统在六个方向的振动完全解耦，如图1—6所示。但由于受到整车布置的限制，这种布置型式很难实现。如果前后悬置的平面和扭矩轴垂直，并且前后悬置的弹性中心均落在扭矩轴上，如图1—7所示，则可使动力总成的Y向横向振动，Z向垂直振动和绕X轴的扭转振动完全解耦。Anon 和Harrison等人就提出了应用撞击中心理论实现系统振动解耦，利用动力总成惯性主轴特性和撞击中心理论阐述了如何选取橡胶悬置的刚度和位置。以上结构设计，对于大多数前置后驱动汽车的动力总成来说容易实现。但当动力总成结构缺少明确的对称面，主惯性轴相对曲线偏离歪斜很大时（如现在前置前驱发动机）若再按上述方法布置将难于进行[13]。

八十年代后期，随着轿车日益采用发动机前置前驱动型式，对其进行研究增多起来。H.Hata 和H.Tanaka[14]通过实验方法得到怠速时最佳的动力总成，并且对发动机横置时整车车身弯曲振动节点应位于后悬置之后，这样振动才会减小，否则振动将会增大，如图1—8所示。主动控制理论也应用到动力总成悬置系统的设计上来[15]。

国内有关动力总成悬置系统的研究始于80年代，由清华大学和二汽产品设计处合作对EQ142汽车动力总成橡胶悬置系统开展研究。液压悬置的最初研究是于90年代初由吉林工业大学的冯振东教授开始的，对液压悬置进行了建模、仿真计算和实验分析等，随后随着一汽集团的CA7220轿车液压悬置的国产化进程，吉林工业大学的有关研究人员[10] [16][17]对液压悬置系统进行了系统的研究。他们有的研究了液压悬置对整车舒适性的影响，建立了整车十六自由度模型，侧重考虑了动力总成悬置和副车架悬置对整车振动的影响；有的进行了液压悬置的理论与设计以及应用研究和半主动式液压悬置的仿真研究；有的进行了液压悬置参数的辩识和动力总成液压悬置系统的优化。

综上所述，汽车动力总成悬置系统的设计，悬置元件的开发均经过了一个漫长的发展历程，已经产生了不少成功的经验，但由于车型众多，厂商众多，动力总成的类型也就更多，因此，动力总成悬置系统的设计思想各有千秋，因此，不断地完善动力总成悬置系统的设计仍是面对汽车工程师们的一个艰巨任务，这也是我国汽车工业走向自主开发的一个重要问题。

1.4本文的研究内容和意义

1．结合液压悬置样件就其结构和工作原理进行较详细的分析，然后给出其动特性的定义。

2.建立了液压悬置的等效力学模型和橡胶悬置的力学模型，在此基础上建立了动力总成6自由度的力学模型。分析了发动机激励的特点，运用Newmark法进行了动力总成液压悬置系统稳态振动响应计算和瞬态工况，如汽车制动、转弯、路过不平路面和发动机起动等工况下动力总成的瞬态响应，绘制了在此工况下动力总成质心的振动响应曲线以及前左液压悬置、后橡胶悬置的动反力曲线，以及稳态工况下各悬置点上下加速度与频率的关系曲线，最后还计算出动力总成液压悬置系统的振动传递率曲线。

3.通过实验对动力总成的基本参数进行了测试，分别对动力总成重心的确定和质量惯性矩的计算进行了简要的介绍，最后给出实验结果。

4.针对江铃JX4932ZQ动力总成液压悬置系统开展了动力总成刚体六阶模态测试和动力总成悬置系统隔振特性测试，研究了江铃全顺原车液压悬置系统的隔振特性并进行了分析，为以后产品的开发提供了有价值的参考依据。

第二章液压悬置结构和工作原理

2.1 引言

动力总成悬置是现代汽车减振降噪的一个重要装置，自从人们在动力总成与车架之间安装橡胶悬置之后，人们就开始研究如何测定橡胶悬置的动特性和静特性。有关对橡胶悬置元件的试验设备。如：两方向加力的试验机、可控温度的疲劳试验机、谐波激振装置及测量悬置元件位移—受力曲线的试验机均已研制出来[2]，这些为橡胶悬置元件的设计开发都做出了不少贡献。

八十年代以来，液压悬置逐渐取代橡胶悬置成为轿车动力总成隔振降噪的主要元件。传统的橡胶悬置不能在路面和车轮（由于不平衡和失圆）激起发动机颤振（动力总成悬置系统上下方向振动占优）时，以及在怠速转矩的低阶（0.5 阶、1阶）谐波（特别是柴油机）激起动力总成在悬置上共振时提供较大阻尼，以有效地抑制动力总成的低频大振幅振动，致使车内振动较大，乘员舒适性较差。当发动机在中高速运转时，橡胶悬置在高频小振幅条件下动刚度又显得过高，从而不利于车内噪声的降低。前面已提到，动力总成悬置理想的动特性是低频高阻尼高刚度、高频低刚度，而液压悬置能很好满足这个要求。它是通过在橡胶悬置内封装液体，当液体在上下腔内运动时产生较大阻尼，可有效衰减汽车振动，而在高频小振幅振动时，解耦式液压悬置具有较低的动刚度，可降低车内噪声，特别是车箱内共鸣声。

全顺轻型客车动力总成纵置，采用三点支承，前两点采用液压悬置，后点采用橡胶悬置。液压悬置类型为带补偿孔的被动式惯性通道-解耦盘式液压悬置，以下简称“全顺液压悬置”，结构如图2-1所示。本章首先就其结构和工作原理进行较详细的分析，然后给出其动特性的定义。

能达到3个大气压，任何泄露都将导致液压悬置的性能的降低甚至失效。

2.2.1结构分析

①弹性支承部分

联接螺柱是连接发动机支承臂与悬置的关键联接件，要尽量加大该螺柱的强度和刚度，并进行表面处理以提高其耐腐蚀性。在其与铝芯的镶嵌中，采用了防止螺

钉自转和Z向相对运动的措施。

橡胶主簧3是液压悬置的主要承力构件，要承受动力总成的垂向和侧向的静、动载荷，并且它的体积刚度对液压悬置的动特性有重要影响。由于橡胶主簧的工作环境非常恶劣，因而要求橡胶材料有耐-40~100℃温度性能、高的耐疲劳性能、可靠性、耐臭氧、耐龟裂、耐腐蚀性和耐油性等，还要求有良好的与金属的粘接性，所以大多采用天然橡胶或者丁腈胶。

金属骨架2用来将橡胶主簧和联接螺柱连接起来。为了减轻橡胶主簧的动载荷，金属骨架选用铝合金材料。联接螺柱与金属骨架通过铸造成为一体，保证了它们之间的密封。

为弥补橡胶主簧刚度的不足，橡胶主簧内部有一个薄的杯形骨架，一般采用含硅、锰的钢，以保证强度要求。它的存在保证了橡胶主簧的形状，并且提高了液压悬置的侧向静刚度。正确地设计金属骨架和杯形骨架的形状对于改善橡胶主簧内部的应力分布、避免粘接处的应力集中很有意义。

缓冲限位盘4的功用是控制橡胶主簧的压缩极限位置。它使得液压悬置的Z向静刚度呈强非线性。当汽车起动、停车、突然加速以及高速行驶突然制动时，液压悬置要承受很大的动载荷，橡胶主簧变形大，缓冲限位盘可能碰到惯性通道体7的上表面，从而限制发动机过大的位移。由图2-1可知，在缓冲限位盘的下端粘接有约一层3mm厚的橡胶块，保证了缓冲限位盘与惯性通道体之间较为平滑的接触。

底座11是另外一个承力构件，也是液压悬置密封的关键零件，它同时保护底膜免受损坏。要求底座刚性好，具有足够的高频隔振性能。一般选用铝合金材料，以尽量降低液压悬置本身的自重，同时提高它的耐腐蚀性。联接螺栓13通过点焊与底座固联，它的松动也将引起悬置的失效。

底座上有通气孔（15），与大气相通。有的液压悬置底座上没有通气孔，从而封闭了一定数量的空气，增大了下腔的体积刚度[12]。

联接螺柱1用来安装发动机，联接螺栓13用来将动力总成固定到车体上。

联接螺柱1和联接螺栓13之间有8°的角度，这是为达到V型布置而设计的。V型悬置系统相对于平行布置系统，有如下的特点[13]：具有较大的横向刚度，又具有足够的横摇柔度；并且能使垂向、横向和横摇之间解除弹性耦合；便于调整其弹性中心，使动力总成的第一阶刚体模态为绕扭矩轴的单纯横摇振动模态；使动力总成的六个刚体模态相对集中，便于与汽车其它子系统之间的合理匹配。

②液压减振部分

橡胶主簧和底膜构成了液压减振部分的主体，惯性通道体将空腔分成上、下两个液室，液室内充满了液体。液体一般为水和乙二醇的混合物，它的粘温特性稳定，

对橡胶、金属和塑料等材料的腐蚀性小。

底膜呈波纹状，其体积刚度比橡胶主簧的体积刚度小很多，几乎可以看作是自由变形。它用来吸收上液室的体积变化。

惯性通道体用铝合金材料制做，质量轻，耐腐蚀性好。它包括上、下两部分，它们通过过盈配合紧紧地被压在一起，并形成惯性通道，解耦盘被紧紧地压在中间。隔板上开有中心孔，与解耦盘一起形成了解耦通道。解耦盘与惯性通道体的限位内表面之间有机械间隙δ。它使得解耦盘的向上或向下的位移小于δ时，解耦盘的刚度特别小。

解耦盘中的补偿孔用来降低低频空穴噪声。在低频大振幅的激励下，当橡胶主簧向上运动时，由于液体的粘性和惯性，来不及对上腔作流动补偿，于是在上腔产生真空度，产生空穴噪声，采用补偿孔是消除空穴噪声的有效措施，但以牺牲低频大振幅时的隔振能力为代价。

③液压悬置的密封

液压悬置相当于是在橡胶悬置的基础上并联了一个液力减振器。如果密封不可靠，液体泄露，将会导致液压悬置失效，因而，密封是一个很重要的问题。

由图2-1可以看出，液压悬置全部是通过自身结构实现密封作用的，没有采用密封垫片或者O形圈，这样减少了零件数量，降低了装配工艺的复杂程度。

2.2.2工作原理

当橡胶主簧承受动态载荷上下运动时，产生类似于活塞的泵吸作用。当液压悬置受到低频、大振幅的激励时，如果橡胶主簧被压缩，上腔体积减小，压力升高，迫使液体流经惯性通道被压入下腔；如果橡胶主簧被拉伸，上腔体积增大，压力减小，下腔内液体流经惯性通道被吸入上腔。这样，液体经惯性通道在上、下腔之间往复流动。当液体流经惯性通道时，惯性通道内液柱惯性很大，在惯性通道的出、入口处为克服惯性通道内液柱的惯性损失了大量的能量，称之为“惯性能量损失”。它使得液压悬置能很好地耗散振动能量，从而达到衰减振动的目的。

由于橡胶主簧有一定的体积刚度，在压力增加时，会膨胀变形，占用一部分液体体积；同时，有一小部分液体经解耦通道、补偿孔流入下腔，这两个旁流对低频大振幅振动时的惯性能量损失有一定的负影响。

在高频小振幅的激励下，惯性通道内液柱的惯性很大，液柱几乎来不及流动。此时，由于解耦盘在小变形时刚度特别小，解耦通道内的液柱与解耦盘高速振动，上下腔的压力克服解耦通道内液柱的惯性力而使得液柱具有的动能在解耦通道的入口和出口处被损失掉了。从而可以降低液压悬置高频动刚度，消除动态硬化。

2.3液压悬置动特性的定义

由于液压悬置的动特性非线性强烈，不仅与激励的频率有关，而且与激励信号的幅值有关，所以，定义液压悬置在频率为ω的正弦位移信号t X X m m ωsin =的激励下的跨点动刚度[44]（以下简称跨点动刚度）为：

()()()m X j m m e X K X K ,*,,ωφωω=

()()m m X jK X K ,sin ,cos *

*ωφωφ+=

()()m m X jK X K

,,'''

ωω+=

(2-1)

式中：

① ()m T m X F X K /,1*=ω （2-2） 即跨点动刚度在数值上等于输出力信号的一阶谐量与激励位移信号的幅值之比。

② ()1,φωφ=m X （2-3） 即液压悬置在频率为ω的正弦位移信号t X X m m ωsin =的激励下的阻尼滞后角等于输出力信号的一阶谐量的相位角。

③ ()m X K ,'ω为同相动刚度，动刚度的实部，即弹性部分。

④ ()m X K ,''ω为正交动刚度，动刚度的虚部，反映液压悬置的阻尼特性。 假设在同样的激励下，液压悬置受到的力信号()t F 的Fourier 级数的一阶谐量幅值为1F ，则：

当30<ωHz 时，力传递率定义为：

()1/,1F F X TR T m =ω （2-4） 当30>ω Hz 时，力传递率定义为：

()()1/log *20,1F F X TR T m =ω （2-5）

2.4本章小结

本章首先详细地分析了全顺轻型客车液压悬置的结构和工作原理，定义了液压悬置的动刚度和力传递率，为以后建模和响应分析提供了理论依据。

室的体积刚度,3A 补偿孔的等效圆孔面积,()t P 1、()t P 2 某一时刻解耦盘上、下表面的压强,()t q 1、()t q 2 、()t q 3 某一时刻由上腔分别通过惯性通道、解耦通道和补偿孔流入下腔的流体流量,2A 惯性通道体工作表面积,()t V u 加正弦激励后某一时刻橡胶主簧的体积膨胀量,()t V L 加正弦激励后某一时刻底膜的体积膨胀量。()t P u 、()t P L 加正弦激励后某一时刻的上、下液室压强,atm P 大气压强,()t F 、()t F T 分别为液压悬置的输入力和液压悬置传给车架的力,()t X m 橡胶主簧上端面的位移输入,()t X d 1、

()t X d 2 惯性通道和解耦通道内液柱振动的位移响应。

上述液压悬置的力学模型已经证明很好地描述液压悬置的动态特性，但是在应用到动力总成液压悬置系统上时，显得繁琐且无必要。在研究系统的特性时，我们不关心液压悬置内各参数的变化对悬置特性的影响，而只关注液压悬置所表现出来的外特性，如动、静刚度和阻尼等。因此本文将图3－1的力学模型简化为图3－2的当量力学模型，采用元件的当量刚度和当量阻尼来描述该液压悬置的特性[10]。

液压悬置具有严重的动刚度和阻尼随频率变化的特性，图3－2b 为低频同向动刚度试验曲线，图3－2a 为低频阻尼滞后角曲线，经拟合上述实验数据得到的滞后角θ和动刚度K d 随频率变化的多项式为：

滞后角θ：

(deg)8561.44426.18375.13540.00240.0234+?+?=f f f f θ

)90(Hz f Hz ≤< （3-1）

(deg)2871.1065015.56388.00557.00011.0234+??+?=f f f f θ

图3—2 液压悬置的当量力学模型