液壓襯套和橡膠襯套對整車舒適性影響分析

吳 罡，張 靜，吳 澈

（奇瑞汽車股份有限公司 汽車工程技術研發總院，安徽 蕪湖 241006）

隨著人們對汽車乘坐舒適性要求的日益提高，如何改善汽車的舒適性能已經成為熱點研究課題，懸架襯套是汽車懸架系統重要隔振元件，在懸架襯套中，液壓襯套比傳統橡膠襯套有更好的動態性能，能夠起到更好的減振降噪的作用。

對比分析傳統橡膠和液壓襯套對整車舒適性能的影響，首先了解液壓襯套工作原理，其次通過試驗設備測量液壓襯套、橡膠襯套的靜態力學特性和動態力學特性，并通過ADAMS軟件，搭 建整車仿真模型，并對整車模型進行平順性仿真，對比分析靜態剛度、動態剛度的改變對整車平順性的影響。最后通過改制一臺份Mulecar樣車，將控制臂后點襯套作為單一變量，并通過主觀評價、客觀測量，評價液壓襯套和橡膠襯套對舒適性的影響。

1 液壓襯套結構和工作原理

液壓襯套主要結構如圖1所示，控制臂液壓襯套包括外管、骨架、內管、流道板、中骨架、橡膠主簧及乙二醇水溶液等。

圖1 襯套結構示意圖

工作原理如圖2所示，在原有結構基礎上增加了兩個液室和連接液室的慣性通道，當受到載荷時，內外管相對位置發生改變，兩個液室變形，液體在慣性通道內來回流動。液體內部的內摩擦作用和液體與慣性通道的摩擦以及變截面、拐彎等節流損失，導致兩液室壓力不等。液體的來回流動消耗了大量的能量，起到隔振作用[1]。

圖2 工作原理示意圖

2 ADAMS動力學仿真

2.1 測量液壓襯套、橡膠襯套參數

將競品液壓襯套和橡膠襯套放置于試驗臺上，靜剛度測試條件：測試速度為10 mm/min，剛度取值范圍為±500 N/mm。靜態測試剛度如表1所示。動剛度測試條件：測試振幅為±0.1 mm，掃描頻率為1～100 Hz，測試動態相位角和動剛度。動態性能如圖3、圖4所示。

圖3 動態相位角@PP01

圖4 動態剛度@PP01

表1 靜態測試剛度參數

通過對比液壓襯套和橡膠襯套的阻尼角和動剛度，液壓襯套能提供較大的阻尼和低動剛度，即可實現低頻減振。將試驗測量襯套剛度，代入ADAMS襯套文件中，修改襯套剛度曲線[2]。

2.2 建立整車模型

ADAMS CAR 根據整車硬點坐標、各個模塊的系統參數，對各個子模塊進行建模。主要步驟如下：1）創建整車模型；2）調整質量參數；3）調整整車轉動慣量；4）設置車輪通過路面；5）設置解算器和校正器。

整車模型如圖5所示。本次仿真工況為減速坎工況，時速30 km/h。首先對橡膠襯套整車模型進行仿真，仿真完畢后，選擇液壓襯套進行整車模型仿真分析[3-4]。

圖5 整車模型示意圖

2.3 數據后處理

通過整車模型1（橡膠襯套）、整車模型2（液壓襯套）依次通過減速坎30 km/h，測量前排X向加速度，前排Z向加速度如表2所示，曲線如圖6、圖7所示。

表2 加速度測量值

圖6 整車Z向加速度

圖7 整車X向加速度

在ADAMS后處理軟件中，主要通過峰值和均方根（Root Mean Square, RMS）表征加速度。

由加速度Z向時域曲線來看，液壓襯套對Z向沖擊不是很敏感（圖6）。由圖7知，液壓襯套對X向的沖擊很敏感。

3 主觀評價和客觀測量

3.1 方案策劃

首先基于公司一車型，將控制臂后點橡膠襯套，更改為液壓襯套。其次將橡膠襯套組合（控制臂橡膠襯套1+副車架1）裝配至一車型，將加速度傳感器布置在座椅導軌處，采集加速度信號。按照試驗標準進行主觀評價。待評價完畢，更換成液壓襯套組合（控制臂液壓襯套2+副車架2），并再次進行主觀評價。橡膠襯套組合如圖8所示。液壓襯套組合如圖9所示。

圖8 橡膠襯套組合結構示意圖

圖9 液壓襯套組合結構示意圖

主觀評價主要考察一階舒適性、二階舒適性、沖擊感對舒適性的影響。主觀評價結果如表3所示[5]。

表3 主觀評價

由表3知，液壓襯套對一階舒適性不敏感，對二階舒適性略有改善，對沖擊感有明顯改善。主要體現在簧下質量跳動、平順性、方向盤振動方面，前排沖擊比較柔和，沖擊聲音品質有所提升。

3.2 客觀測量

客觀測量主要通過在座椅處布置加速度傳感器，采集各個工況加速度信號完成。

3.3 數據處理

采用LMS軟件，對采集加速度信號進行處理。一階舒適性和二階舒適性通過PEAK+RMS表征。PEAK為曲線的峰值，峰值指一個周期內，測試信號最高值和最低值之間的差值，即最大值和最小值之間的范圍[6]。

RMS為曲線的均方根。

沖擊感通過汽車平順性（Vibration Dose Value, VDV）表征，單位為ms-1.75。

式中，αw(t)為加權加速度時間歷程，m/s2；T為測量時間長度，s。

3.4 結論

從客觀測量數據來看，通過液壓襯套與橡膠襯套特征值測量數據對比，結果如表4所示。

表4 客觀測量試驗結果

1）一階舒適性方面，液壓襯套略差；

2）在二階舒適性方面，液壓襯套和橡膠襯套相當；

3）沖擊感方面，液壓襯套優于橡膠襯套；

4）沖擊感方面，整車X向貢獻率優于整車Z向貢獻率。在鐵條路30 km/h，整車X向沖擊貢獻率優于整車Z向。在減速坎30 km/h，整車X向沖擊貢獻率優于整車Z向。

4 總結

本文通過對液壓襯套和橡膠襯套的理論分析，CAE整車方案，整車主觀評價和客觀測量，詳細闡述了液壓襯套對舒適性的影響。液壓襯套對整車平順的影響主要體現在沖感方面，整車X向和整車Z向均可感受到明顯提升，尤其在典型工況：減速坎，時速30 km/h，整車X向VDV降低高達42.9%。