車輛橡膠懸置系統的研究進展

田偉叢 張興 趙媛媛

摘? 要：懸置系統能夠有效地隔離和衰減車輛兩大主要振源——發動機振動和路面不平度產生的激勵，在提升汽車平順性、降低車內振動和噪聲、緩解結構振動疲勞失效等方面有重要的作用。

關鍵詞：橡膠懸置元件;橡膠懸置系統;技術研究

Research Progress of Rubber Mounting System for Vehicles??? Tian Weicong，Zhang Xing，Zhao Yuanyuan（Technical Center of Great Wall Automobile Co.，Ltd.，Hebei Automobile Engineering Research Center，Baoding 071000）Absrtact：Suspension system can effectively isolate and attenuate the excitation of engine vibration and road roughness，which are the two main vibration sources of vehicles. It plays an important role in improving vehicle ride comfort，reducing vehicle vibration and noise，and alleviating structural vibration fatigue failure.?? Key words：rubber mounting element;rubber mounting system;technology research

隨著社會不斷發展以及人們生活水平的不斷提高，人們在提高汽車經濟性和動力性指標的同時，更加注重了對整車平順性的要求。因此，對車輛振動和噪聲控制逐漸成為需要解決的首要問題。

1橡膠懸置系統優化設計

一般技術路線橡膠懸置系統優化設計是通過對懸置元件結構參數（數量、結構、位置）以及性能參數（剛度、阻尼）等的優化匹配達到所期望的隔振效果。一般分為動力學建模、隔振分析、參數優化、隔振性能評價四個主要的階段。動力學建模實質是將物理問題轉化為數學問題。主要有兩種手段：一是根據系統運動關系編寫振動微分方程;二是利用多體動力學分析軟件建模，由軟件自動編寫振動微分方程。相較于人工編寫數學模型，運用多體動力學軟件建模對復雜系統而言更加簡便，卻對系統參數要求更嚴格。

隔振分析是對系統現有隔振能力進行評價與分析，并找出振動水平過大的原因或者傳遞路徑，為之后的參數優化打下基礎。方法是對振動微分方程進行求解，計算系統隔振率、傳遞率和振動能量分配矩陣等。參數優化是懸置系統性能優化的關鍵，即根據優化目標對橡膠元件的結構和性能參數進行最優化計算。

具體有三個問題：一是目標函數，系統各自由度解耦率與固有頻率分配、振動傳遞率和被支承體運動幅值等都可作為目標函數;二是約束條件，包括懸置元件本身的各項性能約束，如橡膠塊的壓剪比，空間尺寸所決定的剛度等，以及系統固有頻率、振動位移等性能約束，并因此減少優化計算量;三是優化手段，常用的方法有試驗設計、最優化算法等。隔振性能評價是對優化結果進行評價。評價指標是檢驗懸置系統優化效果的尺度，合理確定評價指標才能得出準確有理的結論。評價指標可以選擇與目標函數相同的指標，也可以選擇其他需要評價的項目進行評價。不論是否采用仿真驗證，最終的效果仍需要進行試驗驗證。

2橡膠懸置結構技術研究

早在汽車誕生之初，動力總成與車架直接地做剛性連接，由發動機產生的振動和噪聲就直接地傳到車體，對發動機和支架造成嚴重的損壞。人們開始使用皮革或布墊等柔性件來連接動力總成和車架。隨著人們對汽車的研究以及對舒適性要求的提高，在20世紀20年代年，橡膠元件首次被采用來連接動力總成和車架，利用橡膠件的減振隔振特性來隔離和吸收動力總成的振動，減小動力總成和車體之間的振動傳遞，提高乘坐的舒適性。橡膠懸置的彈性特性與其結構型式、表面形狀、橡膠硬度等參數有關，通過適當選擇防振橡膠的形狀、尺寸，使垂向、橫向、縱向三個方向的剛度系數達到期望數值，利用橡膠元件產生的內摩擦有效地衰減隔除發動機的振動。

理想的動力總成懸置在低頻條件下應具有大阻尼高剛度特性，在高頻條件下應具有小阻尼低剛度特性，有助于更好地降低車內噪聲，提高操縱穩定性。而傳統的動力總成橡膠懸置因其小阻尼高剛度及高頻動態硬化的缺點，難以滿足動力總成在寬頻率范圍內對懸置系統的隔振要求。雖然傳統的橡膠懸置相比于理想懸置還存在一定差距，但是由于傳統的橡膠懸置具有：（1）抗張、拉強度等機械強度的耐久性強;（2）性能可靠、常溫下彈性下降小;（3）工藝簡單、制造成本低等優點，至今仍然被廣泛使用。

3橡膠懸置系統技術研究的主要特點

3.1注重綜合運用CAE手段

由上述懸置系統研究綜述來看，懸置系統研究手段主要經歷了三個階段：采用扭矩軸解耦法、撞擊中心理論等振動分析方法來合理選擇懸置元件的剛度與位置;簡化振動系統，編寫系統振動微分方程，利用數學解析法進行求解進而分析優化;綜合運用三維建模、有限元分析、多體動力學仿真等CAE技術進行更加復雜的整車仿真與優化。當前，隨著大型商業CAE軟件的成熟，綜合運用CAE手段進行懸置系統的設計與優化成為了橡膠懸置系統技術研究的主要特點。

3.2注重整車系統優化設計

動力總成和駕駛室懸置系統優化是懸置系統研究的主要內容，將動力總成或駕駛室視為置于剛性或彈性基礎上的多自由度剛體，進行懸置系統的研究是當前主要的研究方式，并且已經形成了較為成熟的技術路線。此外致力于提升整車NVH性能，基于整車系統優化能夠協調各子系統運動，更好地改善整車的振動狀況，因此進行整車參數化建模與優化設計已經成為了懸置系統研究的主要趨勢，也是橡膠懸置系統研究的一大特點。

3.3注重穩健性優化設計

確定性優化設計是懸置系統研究的經典方式，基于所建模型的最優化設計在可行域內尋求系統參數的最優解，理論上能夠充分發揮懸置系統的性能。但在實際工程應用過程中，存在眾多不確定因素，例如：一般的橡膠懸置元件剛度的制造誤差普遍約為15%，利用上述優化結果指導實際生產可能會產生較大的偏差，因此降低系統性能對最優參數及其周圍參數的敏感度，即采用穩健性設計來降低參數不確定性帶來的系統不穩定是近年來研究的一個熱點。

4車身橡膠懸置系統技術研究

針對車身懸置系統的研究，通常也是通過編寫數學模型或利用多體動力學軟件建模進而進行分析與優化，一般采用1/2車輛模型或者整車模型，并且根據研究精度需要來確定自由度的數量。在研究方法上，振動傳遞路徑分析、系統優化算法、有限元分析法等都取得了許多成果。系統的隔振特性與優化依舊是主要研究內容。國內方面，上世紀90年代，有關人員就針對橡膠墊式駕駛室懸置系統，詳細闡述了駕駛室懸置系統布置的方式、位置、角度以及剛度的匹配方法;此后大量針對商用運輸車輛駕駛室懸置的研究不斷涌現，利用計算機進行懸置系統的仿真與參數優化是其研究的主要手段。此外隨著整車模型的建立，不僅使研究環境更加真實，而且可以對車身懸置系統與車輛其他子系統之間的關系進行研究或集成優化。

結束語

因此，國內研究者和汽車企業未來對于懸置的研究，可以考慮側重懸置系統優化，考慮懸置的合理布置、參數改善等，通過設計上的優化，提高國產車的隔振降噪水平。

參考文獻

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