摘 要：為分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)液壓懸置動(dòng)剛度和滯后角的影響，采用集總參數(shù)的方法搭建液壓懸置的動(dòng)力學(xué)模型；然后，分析慣性通道橫截面積、慣性通道長(zhǎng)度、上腔柔度、慣性通道液體慣性系數(shù)以及慣性通道液體阻尼系數(shù)對(duì)懸置特性的影響。結(jié)果表明，增加慣性通道的橫截面積、長(zhǎng)度、上腔柔度以及液體慣性系數(shù)，液壓懸置的動(dòng)剛度和滯后角峰值以及峰值頻率均相應(yīng)的增加；而改變慣性通道液體阻尼系數(shù)僅改變液壓懸置動(dòng)剛度和滯后角的峰值大小。

關(guān)鍵詞：液壓懸置；結(jié)構(gòu)參數(shù)；動(dòng)剛度；滯后角

中圖分類號(hào)：TB535

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Influence of structural parameters on hydraulic mount characteristics of inertia channels

LIN Zhihong HUANG Yuedong XIE Hong

（1. School of Mechanical and Electrical Engineering， Sanming University， Sanming 365004， China； 2.School of Marine Mechanical and Electrical， Xiamen Ocean Vocational College， Xiamen 361100， China;3. Xiamen Key Laboratory of Intelligent Fishery， Xiamen 361100， China）

Abstract： To analyze the influence of structural parameters on the dynamic stiffness and lag angle of hydraulic mount， a lumped parameter method was employed to construct a dynamic model of the hydraulic mount. Subsequently， the effects of the cross-sectional area， length， upper chamber flexibility， liquid inertia coefficient， and liquid damping coefficient of the inertia channel on mount characteristics were analyzed. The results show that with the increase of the cross-sectional area， length， upper chamber flexibility and liquid inertia coefficient of the inertia channel， the peak values and peak frequencies of the dynamic stiffness and lag angle of the hydraulic mount increase accordingly; while changing the liquid damping coefficient of the inertia channel only influences the peak values of the dynamic stiffness and lag angle of the hydraulic mount.

Key words： hydraulic mount; structural parameters; dynamic stiffness; lag angle

懸置是汽車的關(guān)鍵隔振組件，直接影響車輛的噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（NVH）性能。理想的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置需要在低頻大振幅下具備大剛度和大阻尼，降低發(fā)動(dòng)機(jī)與車身的相對(duì)位移傳遞率；在高頻小振幅下則需要小剛度和小阻尼，以最小化發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給車身的力傳遞率[1]。

盡管橡膠懸置在低頻表現(xiàn)良好，價(jià)格低廉[2]，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，激勵(lì)頻率增加導(dǎo)致出現(xiàn)動(dòng)態(tài)硬化問題，無(wú)法滿足高頻隔振需求。液壓懸置在低頻時(shí)提供良好隔振性能[3]，但橡膠懸置存在低頻阻尼不足、高頻硬化及抗高溫性能差等問題。因此，液壓懸置由于其更出色的隔振性能，更適應(yīng)汽車對(duì)懸置性能的高要求。液壓懸置由李曉漢[4]提出，將橡膠和液壓減振器結(jié)合為一種新型減振器。相較于橡膠懸置，液壓懸置在低頻時(shí)具有更大的動(dòng)剛度和阻尼，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的低頻隔振效果；而在高頻方面表現(xiàn)出較小的動(dòng)剛度和阻尼，提升了舒適性和振動(dòng)噪聲性能[5-7]。液壓懸置降低了噪聲水平5 dB，沖擊振動(dòng)水平降低了2/3[8]。SINGH等[9]首次詳細(xì)闡述了液壓懸置的理論，包括模型線性化和建模的懸置參數(shù)。KIM等[10-13]通過理論和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了液壓懸置的動(dòng)態(tài)特性。ADIGUNNA等 [14]建立了完整的非線性液壓懸置數(shù)學(xué)模型，揭示了非線性解耦膜的工作原理。YOON等 [15-16]提出了解決液壓懸置傳遞力難題的模型。LI[17]則通過優(yōu)化慣性通道，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)與車身相對(duì)位移傳遞率。OHADI等[18]考慮了解耦膜非線性，建立了四缸V形發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的數(shù)學(xué)模型，并分析了節(jié)流盤結(jié)構(gòu)對(duì)懸置系統(tǒng)隔振效果的影響。國(guó)內(nèi)研究始于徐石安等[19]的懸置優(yōu)化設(shè)計(jì)。上官文斌等[20]通過流固耦合方法深入分析了解耦膜液壓懸置的動(dòng)態(tài)特性。張?jiān)魄錥21]提出了多慣性通道液壓懸置，研究了慣性通道數(shù)量與懸置低頻動(dòng)態(tài)特性的關(guān)系。張?jiān)苽b[22]建立了不同液壓懸置類型的集總參數(shù)模型，系統(tǒng)地分析了結(jié)構(gòu)對(duì)懸置動(dòng)態(tài)特性的影響。

綜上所述，液壓懸置研究主要集中在結(jié)構(gòu)優(yōu)化和隔振分析，但是關(guān)于結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)液壓懸置頻域特性的影響研究較少?；谝陨媳尘?，本文首先求解液壓懸置的集總參數(shù)模型；其次，基于獲得的集總參數(shù)模型研究液壓懸置慣性通道等效橫截面積、慣性通道長(zhǎng)度、上腔柔度、慣性通道液體慣性系數(shù)以及慣性通道液體阻尼系數(shù)對(duì)液壓懸置動(dòng)態(tài)特性的影響。

1 單慣性通道液壓懸置集總參數(shù)模型

圖1為單慣性通道液壓懸置。液壓懸置結(jié)構(gòu)包括：主簧橡膠、上腔、慣性通道、下腔以及橡膠底膜。其中，主簧橡膠為懸置提供一定的剛度和阻尼來(lái)支撐靜態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)的自重。液壓懸置上腔和下腔充滿防凍液和水的混合物，當(dāng)液壓懸置受到外部激勵(lì)（發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)或者路面激勵(lì)）時(shí)，液壓懸置腔內(nèi)壓力發(fā)生變化，導(dǎo)致液體在中間環(huán)形的慣性通道來(lái)回流動(dòng)，為懸置提供較大的阻尼以此損耗外部激勵(lì)振動(dòng)帶來(lái)的能量，達(dá)到隔振的作用。同時(shí)，液壓懸置受到外部激勵(lì)時(shí)，上下腔的液體在慣性通道內(nèi)從上腔流向下腔，柔性橡膠膜起著蓄能作用。

圖2展示了在激勵(lì)頻率為f=0～30 Hz范圍內(nèi)的單慣性通道液壓懸置的動(dòng)態(tài)特性，包括動(dòng)剛度和滯后角。從圖2可以觀察到，液壓懸置的動(dòng)剛度和滯后角表現(xiàn)出強(qiáng)烈的頻率依賴性。在初始情況下，液壓懸置各自的動(dòng)剛度和滯后角分別為250 N/mm和0。隨著激勵(lì)頻率增加，液壓懸的結(jié)構(gòu)參數(shù)逐漸增大，達(dá)到各自的峰值后開始緩慢下降。最終，液壓懸的結(jié)構(gòu)參數(shù)趨于不隨激勵(lì)頻率變化，表現(xiàn)出高頻硬化的現(xiàn)象。

這種頻率依賴性的變化特征對(duì)于理解液壓懸置的動(dòng)力學(xué)行為至關(guān)重要。分析動(dòng)剛度和滯后角隨頻率的變化，可以更深入地了解液壓懸置在不同頻率下的響應(yīng)，并為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供有力的依據(jù)。高頻硬化現(xiàn)象的發(fā)生可能對(duì)車輛的振動(dòng)控制和舒適性產(chǎn)生影響，因此需要在設(shè)計(jì)中加以考慮。同時(shí)，結(jié)合圖2和表1可知，液壓懸置的滯后角峰值頻率處于6.91～9.31 Hz之間。

1.1 慣性通道液壓懸置參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響

1.1.1 慣性通道等效橫截面積Ai對(duì)液壓懸置動(dòng)態(tài)特性的影響

圖3為慣性通道的等效橫截面積Ai對(duì)液壓懸置動(dòng)態(tài)特性的影響。結(jié)合表1參數(shù)和式（1）～式（6）以及式（12）～式（16），液壓懸置其余參數(shù)不變的情況下，增加慣性通道的等效橫截面積Ai會(huì)導(dǎo)致液壓懸置在受到激勵(lì)時(shí)表現(xiàn)出更大的動(dòng)剛度和滯后角。這意味著懸置系統(tǒng)對(duì)外部激勵(lì)的響應(yīng)變得更為堅(jiān)硬和滯后，可能在需要更高剛度的振動(dòng)控制場(chǎng)景中發(fā)揮作用。然而，在一些應(yīng)用中，較小的動(dòng)剛度和滯后角可能更為適用，例如在追求車輛舒適性的情況下。因此，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮慣性通道等效橫截面積的選擇，以滿足特定應(yīng)用的需求。

1.1.2 慣性通道長(zhǎng)度L對(duì)液壓懸置特性影響

結(jié)合表1參數(shù)和式（1）～式（6）以及式（12）～式（16），在液壓懸置其余參數(shù)不變的情況下，增加慣性通道的長(zhǎng)度L，液壓懸置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變得更加柔軟，見圖4。動(dòng)剛度和滯后角減小，表明液壓懸置在受到激勵(lì)時(shí)更容易產(chǎn)生更大的位移響應(yīng)，并且在峰值頻率上表現(xiàn)出更大的振動(dòng)幅度。這種趨勢(shì)可能在需要提高車輛舒適性和振動(dòng)減緩的應(yīng)用場(chǎng)景中是有利的。

1.1.3 上腔柔度C₁對(duì)液壓懸置特性影響

1.1.4 慣性通道液體慣性系數(shù)I_i對(duì)液壓懸置特性影響

1.1.5 慣性通道液體阻尼系數(shù)R_i對(duì)液壓懸置特性影響

圖7為阻尼系數(shù)Ri對(duì)液壓懸置動(dòng)態(tài)特性的影響。結(jié)合表1參數(shù)和式（1）～式（6）以及式（12）～式（16），液壓懸置其余參數(shù)不變的情況下，改變阻尼系數(shù)Ri，液壓懸置的動(dòng)剛度和滯后角各自的峰值隨著液體阻尼系數(shù)增加而減小。阻尼增加會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)剛度以及滯后角減小，從而影響系統(tǒng)對(duì)外部激勵(lì)的響應(yīng)。值得注意的是，峰值頻率并不隨液體阻尼系數(shù)變化而變化，這表明調(diào)節(jié)液體阻尼系數(shù)主要影響系統(tǒng)的動(dòng)剛度和滯后角的峰值，而不會(huì)改變峰值頻率。

2 結(jié)論

1）液壓懸置系統(tǒng)中，慣性通道的等效橫截面積Ai、長(zhǎng)度L，上腔的體積柔度C1以及慣性通道液體的慣性系數(shù)Ii和阻尼系數(shù)Ri是影響動(dòng)力學(xué)特性的重要參數(shù)。這些參數(shù)的變化會(huì)直接影響液壓懸置的動(dòng)剛度和滯后角，從而影響系統(tǒng)的隔振性能。慣性通道液體的慣性系數(shù)Ii和阻尼系數(shù)Ri分別表征了液體對(duì)于加速度的慣性作用和阻尼效應(yīng)。這兩個(gè)參數(shù)變化均可以改變液壓懸置的動(dòng)剛度和滯后角峰值大小。

2）需要注意的是，慣性通道阻尼系數(shù)Ri的變化對(duì)動(dòng)剛度和滯后角的峰值有明顯影響，但對(duì)峰值頻率的影響有限。在液壓懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程中，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)和選擇，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在不同工況下的最佳性能，提高汽車的整體NVH性能。

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