可切换液压悬置在怠速和行驶过程中的影响

The Impact of Switchable Hydromount duringIdle and Ride

Deshmukh and Sandip HazraTata Motors, Ltd.

SAE Technical Paper 2017-01-1826

摘要

发动机悬置系统在惯性、扭矩反作用负载和道路干扰期间保持动力总成在车辆中相对于底盘和其他附件的位置。悬置系统还起到了将车辆其余部分及其乘客与动力系统隔离的作用，并有助于保持车辆的行驶和操控状态。本文研究了液压悬置和可切换液压悬置在怠速和行驶性能方面的性能比较。该优化方案旨在通过可切换的悬置技术来提高安装系统的性能，从而实现动力总成的整体性能和NVH属性的平衡。

概述

目前，由于成本和性能要求，大多数印度OEM制造商正在使用传统类型的发动机悬置。高端车辆具有液压悬置，阻尼和动态刚度可控制在特定频率。下一个层次的技术是可切换的液压悬置，用于高档细分市场的汽车。

可切换悬置的基础知识

由于部分矛盾的要求，悬置系统具有良好的隔离性和高刚度产生良好的乘坐和处理，越来越多的部件被认为其性能可以适应负载。对于可切换的悬置，与刚度或阻尼相关的性能可以改变。例如，发动机悬置的液压阻尼可以在怠速时关闭以实现最佳隔离，也可以在驱动条件下打开以提高发动机的振动性能。下图显示了一个解决方案，说明如何在设计中 特别实现这一点。图中所示为真空操作的可切换液压悬置，在主弹簧和主液压腔之间有一个附加膜。在空转状态下，薄膜和主弹簧之间的空气量会导致解耦和流体或小激励，在驱动状态下，空气会被真空管吸出。膜直接连接到主弹簧上，悬置工作与被动液压悬置类似。通过发动机转速信号可以很容易地打开和关闭阻尼。

图1真空开关悬置

由于惯性效应在液压悬置中占主导地位，刚度曲线在共振引起刚度增加之前首先出现最低点，有时这种效应被用来改善一定频率范围内的隔震性能。动态值远低于静态值。

图2 可切换液压悬置；蓝色曲线：驱动时的动态刚度，红色曲线：怠速时降低刚度以提高隔离度。

液压悬置有两个独立的通道，其中一个通道可以通过转动带执行器的活门来关闭。怠速时，襟翼打开，两个通道并联工作，在相对较高的频率下产生阻尼效应，在怠速激励下，阻尼效应可以调整为最小刚度。在道路条件下，襟翼是关闭的，只有一个通道可以有效地为相关的震动频率产生阻尼。有了这个解决方案，怠速时的隔离可以相对于真空开关版本得到改进。到目前为止，在所有的设计中，静态刚度矩阵都没有改变，而只是在频率上打开或关闭或移动阻尼，从而动态地改变悬置性能。这一代悬置已经在生产中使用，因为可以通过合理的效果实现相当大的改进。

图3 刚度-可切换液压悬置

同时，正在制定改变刚度的解决方案，因此，这一目标需要额外的设计和财政努力。上图所示的悬置概念是在概念设计竞赛中开发出来的。这个解决方案是基于结合一个非常软的主弹簧平行于液压悬置。采用球形夹紧机构，在道路条件下，液压悬置可与软弹簧组合。怠速时，由于夹紧机构的螺栓可以滑动，附件打开，液压悬置垂直分离。在径向运动的情况下，液压悬置芯只能在打开位置进行机械加载，并且是分离的。通过设计，垂直方向的刚度比为2:1，径向的刚度比为4:1，这使得怠速得到了实质性的改善，如下图4所示.

图4 阻尼和刚度可调的液压悬置对怠速性能的影响

可切换液压悬置的优点

可切换式液压悬置的优点是：

.

1、即使低于橡胶静刚度，在Z方向上的怠速动刚度也会降低。这将有助于改善怠速性能，并将获得良好的隔离发动机主阶次。

2 、Z方向的静态刚度保持不变。主弹簧耐久性和静态挠度没有问题。

3 、X和Y的静态和动态特性保持不变。X和Y仍然可以独立调节，例如，为了获得最佳的发动机开/关性能和3档隔离。

液压悬置可切换概念概述

可切换解耦器

被动解耦可以改善怠速，但会降低乘坐舒适性，特别是微抖动。可切换的解耦器基本上脱离了液压悬置的液压系统。可切换解耦器可以隔离高怠速振幅，同时保持路面振动阻尼。

图5可切换解耦器

切换旁路

可切换的解耦器“关闭”液压悬置的液压系统。但主弹簧的刚度仍然存在，并限制了隔振潜力。第二个通道，旁路可用于在一定频率范围内进一步降低怠速刚度。可切换旁路通过可切换解耦器提供额外的怠速隔离。

图6 可切换旁路

同时切换旁路和解耦器

阻塞的解耦器增加了怠速时的刚度下降。驱动中的工作解耦器改善了发动机的高频振动，并且这种多级液压悬置可以单独调整以适应额外的驱动条件，例如，起步或发动机开/关。

图7同时切换旁路和解耦器

可切换液压悬置分类

图8 可切换液压悬置分类

可切换液压悬置技术原理

图 9 可切换液压悬置

怠速模式

图10.怠速模式下的性能

一旦旁路通道打开，动态刚度在一定频率范围内下降。倾斜调整到发动机2或4阶频率，以提高在RHS悬置Z方向的隔离度。降低座椅和方向盘振动取决于RHS Z传输路径对总振动水平的贡献

行驶模式

图 11. 行驶模式下性能

旁路通道关闭，然后长通道正常运行，产生液压阻尼，以获得舒适的乘坐体验，被动解耦器集成，实现隔音

Case study案例研究

选择切换旁路可切换液压悬置，以证明可切换液压悬置在怠速和行驶条件下的优势。

所选车辆的右侧有标准液压悬置，左侧有传统悬置，后侧有扭矩杆。在怠速和行驶条件下使用标准液压支架和可切换液压支架进行测量。部件性能结果在测试设备上进行测量，结果如下图所示

图12部件静刚度测试结果

图 13.部件动刚度测试结果

图14 部件性能动态刚度直到100 Hz

由于DSR处的标准右侧液压悬置怠速振动水平约为0.14m/s2，该水平降低至0.02m/s2，方向盘振动水平为1.1m/s2，由于可切换的悬置，该水平降低至0.07m/s2。

可切换的悬置也有助于提高乘坐性能。在正常水上安装条件下，行驶过程中的PSD加速度水平约为0.011（m/s2）^2/Hz，该水平降至0.01（m/s2）^2/Hz。在怠速和行驶状态下测量的振动级如下所示。

怠速性能

怠速时座椅导轨振动

图15。怠速时驾驶者座椅导轨振动@转速：X dir

图16怠速时驾驶者座椅导轨振动@转速：Y dir

图16怠速时驾驶者座椅导轨振动@转速：Z dir

怠速时方向盘的振动

图18。怠速时方向盘振动：X方向

图18。怠速时方向盘振动：Y方向

图19 怠速时方向盘振动：Z方向

行驶性能

图21行驶工况下座椅导轨加速度

结论

在当前的竞争环境中，乘客在怠速和乘坐时的舒适性非常重要。汽车制造商热衷于开发有助于降低怠速和行驶状态下振动的解决方案。本文讨论了可切换式液压悬置的优点，并通过实车试验进行了验证。可切换式液压悬置技术可用于舒适性比成本更重要的高档车辆。

低调谐普通液压悬置有利于怠速性能，传统悬置有利于行驶性能。研究表明，在怠速和车辆平顺性条件下，可切换液压悬置特性发生了变化。可切换液压悬置的工作原理与普通液压悬置在怠速状态下和常规悬置在行驶状态下的工作原理类似。通过使用可切换的液压悬置技术，可以大大降低怠速和行驶条件下的振动水平，并且此解决方案可以在高级车辆类别中实施。然而，在成本竞争激烈的市场中实施这项技术具有挑战性，需要进一步努力降低单个组件的成本。

References

1. Gennesseaux, A., "Research for NewVibration Isolation Techniques: From Hydro-Mounts to Active Mounts," SAETechnical Paper 931324, 1993, doi:10.4271/931324.

2. Gannon, D. G., Hogland, D. K., andJomaa, S. M. Multistate switchable engine mount and system, U.S. PatentApplication, 12/255,524, (2008)

3. Kim, G. and Singh, R. A study of passiveand adaptive hydraulic engine mount systems with emphasis on nonlinearcharacteristics, Journal of Sound and Vibration, Elsevier,179, 427-453, (1995)

4. Shang guan, W.B. Engine mounts and powertrain mounting systems: a review, International Journal of Vehicle Design, 49(4): 237-258, (2009)

5. Truong, T. Q, Ahn, K. K. A new type ofsemi-active hydraulic engine mount using controllable area of inertia track,Journal of Sound and Vibration

6. Müller, M., Eckel, H., Leibach, M., andBors, W., "Reduction of Noise and Vibration in Vehicles by an AppropriateEngine Mount System and Active Absorbers," SAE Technical Paper 960185,1996, doi:10.4271/960185.

7. Kreis A., Boudart S. - PSA PeugeotCitro.n | A. Bellamy - Hutchinson, Reduction of three-cylinder engine vehiclevibrations by use of switchable mounts, Technical Paper

automotive NVH comfort, R-2014-09-33

8. Gagliano Charles J., Igami Hajime,McCain Daniel S., Kern John Louis, Steinmeyer Christopher L., Ebert Stephen D.,Plank Switchable Mount System for A Vehicle and Methods for Controlling theSystem, US 20150046031 A1.

Definitions/Abbreviations

NVH - Noise vibration and harshness

OEM - Original equipment Manufacturer

KOKO - Key on and key off

DSR - Driver’s seat rail

PT - Powertrain