發動機主動懸置及半主動懸置系統研究綜述

孫占紅　李富和

【摘 要】理想的發動機懸置系統應在發動機轉速范圍內有效地隔離因發動機干擾力所引起的發動機振動，并防止發動機因路面激勵作用而發生的振動。這表明發動機懸置的動態特性和阻尼應具有頻變特性和幅變特性。發動機懸置系統的發展大多集中于提高頻變特性和幅變性能。半主動技術通常用來進一步提高被動式液壓懸置的性能，使它們更可調；發動機主動懸置系統在低頻時具有大的剛度而在高頻時具有小剛度，這樣能有效地隔離振動。

【關鍵詞】發動機懸置；主動懸置；半主動懸置

一、引言

一般來說，車輛懸置系統包括發動機和幾個與車架相連的懸置。現代發動機懸置已經成功地將駕駛員和乘客與發動機引起的噪聲和振動隔離。盡管如此，仍然有必要進一步提高發動懸置系統的性能。

被動式液壓懸置不能解決車輛工作過程產生的所有問題。雖然當受到簡單正弦激勵時，普通解耦式液壓懸置表現出了優良的性能，但由于解耦器的非線性，這類懸置對疊加的激勵輸入并不起作用。

為了解決被動式液壓懸置的一些問題并改進他們的動態性能，半主動式液壓懸置和主動式液壓懸置控制技術已經在發動機懸置設計中得到應用。在半主動控制方面，通過控制一個或更多的系統參數來調整系統的動態響應。在更多情況下，半主動振動控制的基本觀念是通過改變發動機懸置的動態特性（如阻尼）來衰減振動的能量。這個方案常常在開環系統中實現，一旦能量被衰減后就不再存在穩定性的問題。在另一方面，在主動控制中，執行機構產生的控制力抑制了擾動力向系統的傳遞。換言之，就是提供一個主動的能量源持續地抵消目標能量源，此方案常在閉環系統中應用。

二、半主動懸置

采用半主動控制機理的發動機懸置叫做半主動發動機懸置。半主動控制能通過控制系統參數來改變系統的動態響應。半主動發動機懸置能夠控制的系統參數是彈性剛度和阻尼。在半主動液壓懸置系統中，通過分別改變液體內射壓力和節流孔大小來改變系統的動態剛度和阻尼，以此來達到控制系統共振頻率的目的。在大多數情況下，由于它的單一性，我們首選阻尼的控制。在半主動懸置控制中，人們注意到當有電場存在時，電流變液體的速度將發生改變。我們可以使用這個特性來控制系統阻尼。發動機半主動懸置系統通常包含一個有可控要素的被動懸置和一個控制機構。幾乎所有的半主動懸置在文獻中都是液壓懸置。液壓懸置的力學模型如圖1所示。在這個模型中，調整移動質量M來改變阻尼力從而控制系統的動態響應。電流變液體懸置的結構與普通液壓懸置相似，不同的是電流變液體懸置的液體在電場中，節流孔由有高電壓的電極相互連接。因為電流變液體由于電場的存在而改變了它的粘度，與流速成比例的阻尼力成為控制力并由高電壓控制。電壓的相位和波形是可調的。半主動系統基于一階sky-hook系統原理，并能提高低頻振動式的阻尼。

大多數的半主動液壓懸置系統都對系統參數很敏感。關于這些系統的研究表明只有通過廣泛的參數研究，才有可能完成懸置系統的最佳改進。發動機半主動懸置系統主要用來提高系統在低頻時的性能。為提高在高頻時的隔振性能，通常采用主動控制技術。

三、主動懸置

在主動懸置中，為了抑制系統擾動力矩的傳遞，會由一個或多個作動器產生一個動態的抵消力。換言之，用一個主動能量源持續地抵消目標能量。一個主動懸置包含一個被動懸置（橡膠的或液壓的）、作動器，一個振動傳感器和一個電力控制機構。被動式懸置用于在作動器失效時支撐發動機。作動器用于對控制信號作出快速反應，提供主動力用于衰減振動。振動傳感器可以看成是一個力傳感器或一個向控制機構提供控制信號的加速計，控制機構調整作動器產生的力的幅值和相位，以此來降低振動。控制機構既是信號源又是執行機構。主動振動控制是在閉環控制機構中利用一個線性傳感機構來實現的。電磁式液壓主動懸置的力學模型如圖2和3 所示。在這個模型中，F表示由作動器產生的動態力。在這種情況下，一個電磁式作動器產生動態力來抵消發動機的擾動力矩并降低怠速時的車架振動。作動器和普通發動機電磁式懸置是分開的并安裝在底盤橫梁的前面部分。懸置和作動器合成一體的形式比它們分開的布置形式有效。因為在結構內部安裝一個能減震的系統比在結構內部直接找一個替代品更有效、更簡單。目前，壓電式主動懸置已經得到發展。壓電驅動器有非常高的靈敏度，但它的作用位移很小并要求用一個合適的機構來增加位移幅值。

除了發動機發生振動外，主動懸置的剛度和被動懸置（橡膠的和液壓的）在任何頻率情況下都是等效的。在擾動力頻率下，一個控制機構指示主動懸置變軟（減小加速度或力傳感器信號）。主動懸置能夠克服被動懸置的一些局限性，例如，主動式橡膠懸置在低頻時有大剛度，而在高頻時有小剛度。在發動機跳動頻率下調整主動液壓懸置，使其具有適當的阻尼并且在高頻時擁有較低的動態剛度。

半主動懸置用來改進系統的低頻特征，如增加阻尼。主動懸置在低頻時剛度較大，在高頻時必須調整到小剛度。為了提供較好的隔振效果，發動機主動懸置能夠承受較高水平的發動機振動。這也許將降低平衡軸的要求并使車輛的底盤更輕。主動懸置使用傳感器、控制單元及能量源。與發動機被動懸置系統相比，主動懸置系統導致質量、成本和能量消耗增加，并降低系統的可靠性。主動懸置的可靠性和經濟性仍需進一步的改進，并主動懸置將成為新一代的發動機懸置。

四、結論

整個發動機懸置系統的性能不僅依賴于單個懸置的性能，同時也依賴于整個系統的優化設計。被動式液壓懸置不能解決車輛工作過程中產生的所有問題。半主動技術通過使液壓懸置變得更可調來進一步提高了液壓懸置的性能。

發動機主動懸置系統低頻時有較大剛度，高頻時調整為低剛度，以此來到達隔離振動的目的。因為主動懸置使用傳感器、控制元件和能量源，將使發動機主動懸置系統的質量增加，成本和能量消耗增加，并降低系統的可靠性。主動懸置系統的性能，經濟性和可靠性需進一步改進。發動機主動懸置系統是新一代的發動機懸置。