以傳遞率評價懸置系統(tǒng)隔振性能的合理性淺析

張永康，廖武，李龍晶，王方，柴康杰

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

對于乘用車NVH性能而言，經(jīng)常將懸置后測點（車身側(cè)）振動加速度與懸置前測點（發(fā)動機側(cè)）振動加速度的比值定義為懸置系統(tǒng)傳遞率[1]；而標準的傳遞率概念實際上包括兩類：一類是積極隔振，即用隔振器將振動著的機器與地基隔離開，對應的是力的傳遞率；另一類是消極隔振，即將需要保護的設備用隔振器與振動著的地基隔離開，對應位移的傳遞率[2]。

本文通過對隔振理論進行分析，并結(jié)合臺架試驗數(shù)據(jù)，論證以懸置后振動加速度/懸置前振動加速度所定義的懸置系統(tǒng)傳遞率作為懸置系統(tǒng)隔振性能評價指標是否合理。

1 乘用車懸置系統(tǒng)隔振模型建立及分析

車輛怠速時，發(fā)動機的振動隔離相當于積極隔振，即將振源發(fā)動機隔離，減小傳遞到車身上的力。以單自由度振動系統(tǒng)為例，用傳遞率來評價隔振效果，其模型如圖所示[3]：

圖1 單自由度振動模型

其中H為激勵力的幅值，HT為隔振后傳遞到地基上的力的幅值。激勵力，即標準的傳遞率概念是力的比值（對應被動隔振是位移的比值）。此系統(tǒng)的受迫振動方程為：

此時，振源通過彈簧、阻尼器傳遞到地基上的動壓力為：

式中F和R是頻率相同，相位相差90°的簡諧力。根據(jù)同頻率振動合成的結(jié)果，得到傳遞到地基的動壓力的最大值：

故傳遞率：

將傳遞率與頻率比和阻尼比的關(guān)系匯成曲線如下：

圖2 傳遞率-頻率比-阻尼比關(guān)系曲線

由此曲線可知，只要使頻率比足夠大，力的傳遞率就可以足夠小；而這在激勵力頻率不變的前提下，可以通過降低振動系統(tǒng)固有頻率來提高頻率比，對應懸置系統(tǒng)來說就是降低懸置剛度。因此標準的傳遞率受懸置剛度的控制，可以反應出懸置系統(tǒng)的減振性能；當然此性能也要與諸如耐久性、支撐性等其他一些性能相平衡。

但是，對于懸置后振動加速度/懸置前振動加速度所定義的懸置系統(tǒng)傳遞率，情況則是完全不同的。在發(fā)動機激勵下處于受迫振動的發(fā)動機-懸置振動系統(tǒng)中[4]，發(fā)動機側(cè)（懸置前）的振動位移為：

其中B0為激勵力的幅值與剛度的比值。由該公式可知，在發(fā)動機激勵一定的情況下，發(fā)動機側(cè)（懸置前）的振動量取決于懸置剛度，對比位移、速度、加速度都是如此。而車身側(cè)（懸置后）的振動量，則取決于傳遞到車身上懸置安裝點的力和車身上懸置安裝點的原點動剛度。因此如果將懸置后振動加速度/懸置前振動加速度認為是懸置系統(tǒng)傳遞率的話，實際上還包含了車身的響應在內(nèi)，不單是懸置系統(tǒng)能決定的，也不能看作是懸置系統(tǒng)的隔振性能指標。例如，如果車身剛度非常大，則不論懸置傳遞過來的激勵力有多大，車身的響應都會很小；相反，在發(fā)動機激勵一定時，發(fā)動機側(cè)（懸置前）的振動量才由懸置系統(tǒng)控制。而像一般所說的，因發(fā)動機側(cè)的振動量很大而車身側(cè)的振動量很小就認為懸置系統(tǒng)減振效果好是錯誤的認識。

2 臺架試驗驗證

基于以上分析，進一步采取臺架試驗進行驗證。試驗樣件為某乘用車左懸置，該懸置在整車上測得Z向傳遞率為14.3%，而在臺架試驗中，各頻段隔振率在30dB到60dB之間，相當于傳遞率僅0.1%～3%。這充分說明了懸置后測點的剛度對傳遞率的影響非常大，當懸置后的車身用剛度很大的夾具代替后，傳遞率就大大降低了。

圖3 臺架試驗模型及數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

綜上所述，在整車模型中，發(fā)動機-懸置振動系統(tǒng)是在發(fā)動機激勵下處于受迫振動的。因此，懸置系統(tǒng)的設計需考慮的是：從系統(tǒng)角度來說，要在一定布置空間下，通過優(yōu)化懸置布置位置、剛度及角度參數(shù)，使發(fā)動機-懸置振動系統(tǒng)模態(tài)（即動力總成剛體模態(tài)）避開發(fā)動機激勵頻率；從零部件角度來說，要通過選擇零部件材料、優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，使懸置系統(tǒng)中支架類零部件模態(tài)避開發(fā)動機激勵頻率。即，懸置系統(tǒng)在NVH性能方面的評價指標應為動力總成的剛體模態(tài)和各零部件的模態(tài)。

而懸置系統(tǒng)傳遞率（懸置后振動加速度/懸置前振動加速度）涉及發(fā)動機、車身等諸多部件，不單是懸置系統(tǒng)所能控制的，以此作為設計目標超出了懸置系統(tǒng)的能力范圍，評價指標是不合理的。