周旭峰

蕪湖凱翼汽車有限公司

動力吸振器在懸置系統(tǒng)隔振中的應用

周旭峰

蕪湖凱翼汽車有限公司

介紹了動力吸振器的原理及在整車NVH性能開發(fā)中的應用。針對某款轎車噪聲振動的實際問題，對噪聲來源，傳遞路徑進行了測試，并通過有限元分析驗證了右懸置支架為噪聲的主要傳遞路徑。采用了在右懸置支架上安裝動力吸振器的隔振方式來解決問題，并根據(jù)空間位置、動力吸振器的固有頻率目標值和試驗測試確定了動力吸振器的結構，質量和靜剛度范圍。動力吸振器在懸置系統(tǒng)中的應用可以有效地減小發(fā)動機某一頻率的噪聲，提高整車的NVH性能。

動力吸振器；懸置系統(tǒng)；隔振；有限元分析

式中：

對方程(2-3)進行拉普拉斯變換，F(xiàn)(s)=L[F(t)]，可以得到主系統(tǒng)和激勵的變換方程，吸振器與主系統(tǒng)相對位移和激勵的變化方程：

1 概述

懸置系統(tǒng)的一個重要功能就是隔離由發(fā)動機和路面不平產生的振動向車架及駕駛室的傳遞，降低振動噪聲。但懸置系統(tǒng)由于其自身缺陷并不能完全隔離高頻的振動和噪聲，特別是在后期發(fā)現(xiàn)無法更改的設計缺陷時，可以采用在懸置支架上安裝一個動力吸振器來減小高頻的振動頻率，加寬這部分帶寬，達到減振和提高NVH性能的目的。

本文針對某國產轎車發(fā)動機異響的實際問題，應用動力吸振器的吸振原理和切斷噪聲傳遞路徑的隔振方法，通過分析和試驗驗證了動力吸振器的隔振性能和實際效果。

2 動力吸振器在整車NVH性能中的應用

隨著人們對整車NVH性能的要求日益提高，因此降低系統(tǒng)和零部件的噪聲振動變得越來越重要，汽車上的吸聲材料和隔聲材料也用得越來越多，阻尼材料也有廣泛的應用。為了減小某個頻率的振動，動力吸振器在汽車很多部件上都有應用。例如排氣系統(tǒng)上用動力吸振器來降低排氣系統(tǒng)的兩個振動峰值和低頻噪聲；發(fā)動機的扭轉動力吸振器用來減小發(fā)動機的扭轉振動；動力裝置對于車體來說就是一個動力吸振器[1]；又或者在發(fā)動機隔振器的支架上安置小的動力吸振器來減小某個頻率的振動。

3 動力吸振器的原理

動力吸振器的目的主要是減振，是通過吸收主振動系統(tǒng)的振動能量，達到降低主系統(tǒng)振幅的目的，尤其是防止系統(tǒng)在外加激勵頻率跟主系統(tǒng)相近時產生的共振現(xiàn)象。其工作的頻率范圍基本上在外加激勵頻率在主系統(tǒng)頻率的兩倍范圍內。

圖1 典型二自由度動力吸振器及主系統(tǒng)模型

其中p表示外加激勵的幅值，ω表示外加激勵的圓頻率。主系統(tǒng)和吸振器的剛度及阻尼均為線性，系統(tǒng)的運動方程為：

化簡并表示成矩陣形式可得：

其中，

主系統(tǒng)在簡諧激勵下的穩(wěn)態(tài)振動幅值為：

由以上理論可以得到當外加激勵頻率值與吸振器頻率相等時，主系統(tǒng)振動穩(wěn)態(tài)響應幅值最小。另外，阻尼的大小也會影響系統(tǒng)的幅值變化，當阻尼很小時，系統(tǒng)存在二階共振峰，隨著阻尼增大，共振峰會變??；當經(jīng)過某個臨界時時，系統(tǒng)只有一個共振峰，阻尼再增加后，系統(tǒng)的共振峰葉隨之增大。因此，設計動力吸振器必須考慮以下三個因素：質量、剛度和阻尼。

4 動力吸振器在懸置系統(tǒng)隔振中的應用實例

本文針對某國產轎車的發(fā)動機噪聲、振動的實際問題，通過對噪聲的測試發(fā)現(xiàn)在中心頻率380Hz～420Hz時發(fā)動機有咕嚕聲，最大聲壓為75.4dB。對發(fā)動機附件系統(tǒng)的噪聲排查時發(fā)現(xiàn)右懸置支架在該頻率下發(fā)生了共振，拆下車身側右懸置后的響應曲線，在380Hz～420Hz時最大聲壓為71.2dB(如圖2拆除右懸置前后對比測試)。因此初步確定噪聲是通過發(fā)動機側的右懸置支架與車身側右懸置連接處傳遞到車廂內。對比懸置支架一階固有頻率的分析結果(表1所示)，進一步證實了右懸置支架為噪聲的傳遞路徑?？紤]到懸置軟墊在高頻隔振性能不高，并且無法從根本上消除聲源，采取了在右懸置支架上安裝動力吸振器的方式，減小噪聲源的振動。

根據(jù)動力吸振器的減振原理，動力吸振器的一階模態(tài)目標頻率為400±20Hz。通常情況下，動力吸振器的質量與主系統(tǒng)的質量比μ越大，吸振效果越好[3]。但是動力吸振器的質量太大會導致體積增大，影響安裝布置，因此取質量比μ＝0.1,則該動力吸振器質量m2

大約為0.5kg。試制一批樣件進行一階固有頻率試驗測試及對比，初步確定了動力吸振器橡膠的硬度為57HS，靜剛度k2為1138N/mm，測試結果如圖3所示。由結果可知該動力吸振器的兩個穩(wěn)態(tài)響應幅值集中在376Hz～420Hz之間，證明該動力吸振器固有頻率基本滿足目標頻率值。

安裝該特性參數(shù)動力吸振器后，噪聲明顯消失，由圖4可以看出在380Hz～420Hz時最大階次噪音下降7.7dB。

圖2 拆除右懸置前后車內噪聲測試曲線

表1 懸置支架一階模態(tài)分析結果匯總

圖3 動力吸振器固有頻率測試結果

圖4 安裝動力吸振器前后階次噪音對比

[1]龐劍，何華.汽車噪聲與振動——理論與應用.北京理工大學出版社.

[2]陳繼峰.具有非線性剛度動力吸振器的隔振系統(tǒng)半主動控制研 究.華中科技大學碩士論文，2006年4月.