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动力吸振器原理与在悬置系统中的应用

吕老师

1年前浏览1191

在一个已经存在的弹簧-质量系统中，可以增加一个或多个自由度的附加弹簧-质量系统，如图1所示。当附加的弹簧-质量系统的固有频率与激振力的频率相匹配时，它将起到振动吸收器的作用，从而减小主体质量的振动。这就是动力吸振器的基本原理。

主体质量振动的减小取决于主体质量和附加质量的比率以及两个质量之间的相对运动。当系统的频率与激振力的频率不匹配时，系统的振动响应会减小，但当系统的频率与激振力的频率匹配时，系统的响应会达到最大值（如图2所示）。

图1振动吸收系统

图2 振动吸收系统响应

利用振动吸收的原理可以减小或消除车辆的振动。例如安装在方向盘上的质量可以减小动力总成对方向盘的激励振动；安装在副车架上的质量可以减小副车架模态响应，从而消除车身内部噪声等。

图3 安装在副车架上的动力吸振器

动力总成本身具备了对车身进行吸振的功能，以应对粗糙路面所带来的垂向力输入。这些垂向力通过轮胎和悬架对车身产生作用。当非弹簧质量的激振频率达到固有频率（即车轮跳动频率）时，悬架对车身的激励幅值达到最大值。通常，非弹簧质量的共振频率范围在12~15Hz之间，除非动力总成质量能够吸收这些激振力，否则车身振动的加速度将会增加。

为了将动力总成质量作为辅助吸振器，我们可以安装悬架系统来解耦垂向运动，因为垂向运动可以独立地进行调整。经过大量实践证明，垂向运动的频率必须调整到大于悬架的共振频率，以获得良好的控制效果。

对于附加弹簧-质量系统的振动吸收器而言，它的作用主要是改变原有系统的共振峰值频率，对控制系统振动幅值的影响并不明显。因此，需要增加一个能够耗散振动能量的装置，即振动阻尼器。

图4 车辆系统机械模型

在动力总成悬置系统中，液压悬置起到了振动阻尼器的作用。如图4所示，这是一个1/4车辆系统模型，包括悬架和动力总成悬置系统。当动力总成调整到理想频率时，系统的响应如图5所示。实线表示动态吸振器对系统的影响。从图中可以看出，原始共振峰值频率的响应减小，由于增加了一个自由度，系统出现了两个共振峰值，但幅值比原始响应要小。图6说明了增加阻尼的附加质量系统的影响。从图中可以看出，与吸振器系统相比，增加阻尼使系统的共振峰值减小，从而减小了车辆的振动响应。

图5 系统响应

图6 增加阻尼系统响应

需要注意的是:只有在使用传统橡胶悬置的情况下，才能在车轮跳动悬架频率下调整Bounce模式，以实现调谐质量吸收(动力总成作为动力吸振器的功能)。如果使用液压悬置，则应将Bounce模式调低至低于车轮跳动频率；其基本原理是悬架力将通过液压悬置对动力总成质量产生作用，其峰值阻尼在车轮跳动频率下进行调幅。