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三种被动液压发动机悬置模型动特性对比研究

时间:2015-12-27  作者:毛剑峰 黄海波 陈杰
  非线性

解耦盘

图12:HEM I(只有阻尼孔的悬置)在550N预载力,激振振幅1mm、低频下的实验与仿真动态特性

Fig.12 Dynamic performances of HEM I (only one inertia track mount) (excitation amplitude: 1.0mm).

应用最小二乘法参数估计识别的参数,解耦盘对HEM I使用非线性集总参数模型,仿真计算中所使用主要集总参数如下:

非线性解耦盘

发动机液压悬置

图13 在预载力550N,不同幅值、低频条件下,

HEM I的动刚度与滞后角的实验结果图

Fig.13 Experimental results for high frequency responses for HEM I (only one inertia track mount) under different excitation amplitude at preload 550N.

解耦盘

发动机液压悬置

图14 在预载力550N,不同幅值、高频下,HEM I

的动刚度与滞后角的实验结果图

Fig.14 Experimental results for high frequency responses for HEM I (only one inertia track mount) under different excitation amplitude at preload 550N.

图12~14表明动刚度是随着激振幅值在不断变化的,在35~250HZ频域内,HEM I的动刚度变化幅度很明显。图11表明HEM I的非线性模型非常适合理论分析,实验也验证结果是正确的。换句话说,由于很多考虑了很多的非线性因素才使模型与实验结果一致。

归纳言之,从三种被动液压悬置的动特性对比研究中,我们可以非常清楚的得到结论。可以看出在相对较低的频域范围内,浮动解耦盘式悬置的动刚度增加比其余两种悬置都要快很多。最大的动刚度、最大的滞后角及峰值频率同样在较低的频域内出现,但是其高频域内滞后角的表现刚好与低频域内相反。可以看出低频硬化及高频软化的现象在直动解耦盘式液压悬置动特性曲线中最明显,明显具有这种动特性的悬置可能非常适合在经济性的中等尺寸的轿车中应用,一方面悬置的预载力不大(因为此悬置的解耦盘直接受力),一方面顾客对舒适性的苛刻要求。而惯性通道长度与面积对HEM I的影响可以用其余两种悬置的方式来研究。但是,在整个频域内,HEM I的动刚度表现非常稳定,这种特性在轿车上应用是又很大弊端的,但是其成本低、可靠性好;浮动解耦盘式悬置可以承受较大的预载力,其动刚度峰值最大,高频的动刚度比较稳定,比较适合在大车上应用。

三种悬置的动态特性曲线表明无论实验验证还是理论分析,线性模型适合定性分析,非线性模型适合定量分析。论文呈现的结论对被动液压悬置及半被动液压悬置的设计有指导意义。

使用非线性集总参数模型及最小二乘法估算的液力阻抗参数,仿真计算动刚度与滞后角在上面的几张动特性曲线图中都完美表明其理论计算与实验验证是吻合的。实验结果同时表明,悬置的动特性是随着激励幅值与频率变化而变化的。非线性集总参数模型中的液力阻抗使用最小二乘法估计,其实验结果也表明估计的参数是在误差范围内的,满足使用要求的,而其液力阻抗也是随着激励幅值与频率变化而变化的。不过,使用固定参数计算出线性模型的结果只随着频率变化,而且其仿真计算曲线显示其结果与实验结果出入较大。

4 结论

论文研究了在频域内三种被动液压悬置的动特性。通过理论结果与实验结果比较,结果显示三种液压悬置在不同条件下都有各自的优点与缺点,及不同的使用场合。浮动解耦盘式液压悬置在低频域中展现了最高的动刚度。虽然直动式在低频域内的动刚度比浮动式略微小,但是直动式与浮动式在同样的频域内显示直动式增加较迅速,而且下降也较快。HEM I的动刚度比其他两种悬置都要大,同时显示在高频域其动特性比其他两种都稳定。

根据不同发动机的动态特性研究,我们可以从三种悬置中选一款悬置去匹配它。这样就可以得到更好的舒适性。直动式悬置与其他两种悬置比较,在低频域内显示了最好的动特性。随着频率的增加,浮动式悬置呈现良好的动特性。但是可以看出,直动式悬置比浮动式悬置对激振幅值变化更敏感。三种悬置动刚度都是随着幅值增加而下降。另外,三种悬置的非线性模型的频率响应特性都经过了实验验证。非线性模型是论文研究的重点,线性模型只有在浮动式液压悬置中进行了实验验证,其线性模型在其他文献中已经研究很多,可以参考前人的研究结果。而三种悬置线性模型的建模方法是大致类似的,而三悬置非线性模型的理论模型是成功的。


参 考 文 献
A. Geisberger, A. Khajepour, F. Golnaraghi, Non-linear modeling of hydraulic mounts: theory and experiment, Journal of Sound and Vibration 249 (2002) 371-397.
J.E. Colgate, C.T. Chang, Y.C. Chiou, W.K. Kiu, L.M. Keer, Modeling of a hydraulic engine mount focusing on response to sinusoidal and composite excitations, Journal of Sound and Vibration 184 (1995) 503-528.
Shangguan,W-B, Lu Z-H. Modeling of a hydraulic engine mount with fluid-structure interaction finite clement analysis. J Sound Vibr2004;275(1/2):193-221.
Shangguan W-B, Lu Z-H. Experimental study and simulation of a hydraulic engine mount with fully coupled fluid structure interaction finite clement analysis model. Comput Struct 2004;82(22):1751-71.
Geisberger A, Hajepour AK, Golnaraghi F. Nonlinear modeling of hydraulic mounts: theory and experiment. J Sound Vibr 2002;249(2):371-97
Shangguan W-B, Lu Z-H. Modeling of a hydraulic engine mount with fluid-structure interaction finite clement analysis.J.Sound Vibr2004;275(1/2):193-221.
Golnaraghi MF, Jazar GN. Development and analysis of a simplified nonlinear model of a hydraulic engine mount. J Vibr Control 2001;7:495-526

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