杨超峰 何仕生 黄翔龙 程春明 曹德文 储葵
1 安徽中鼎减震橡胶技术有限公司，NVH研究所，宁国，242300
摘要：在不同幅值位移激励下，测试得到副车架液压衬套的动刚度、滞后角、存储动刚度及损失动刚度等动特性参数随频率的变化的具有不变特征点的特性。建立了液压衬套动态特性分析的非线性集总参数模型，探讨了液压衬套橡胶主簧、惯性通道与液压衬套动特性之间的关系，解析分析计算与实验结果的一致，从而验证了计算模型分析的正确性。发展了利用不动点特性对液压衬套集总参数模型中的参数进行辨识的方法。
关键词：液压衬套；集总参数模型；非线性；建模分析；中图分类号 TH113 U464
0.前言
近年来，随汽车的轻量化设计的应用，车身的刚度变小，振动激励更容易影响乘车的舒适性。采用副车架液压衬套与车身连接，可有效的隔离来自路面的振动[1-3]。Sauer W等 [3]建立了一个描述液压衬套动特性模型，但并没有给出基于这种模型的计算结果。Tan Chai等[2-3]建立了一个概念性的液压衬套的物理模型，并对多种工况下液压衬套线性的集总参数模型进行了分析。杨超峰等[4]认为液压衬套的作用机理与液阻悬置有较大差别，但采用线性的流体阻尼模型并不能描述激励幅值对液压衬套的影响。
本文实验测试了副车架液压衬套的动态特性，得到其动特性与激振频率和激振振幅的关系。建立了液压衬套动特性计算分析的非线性集总参数模型，计算分析了液压衬套的动态特性，并与实验结果进行了对比分析。对在不同幅值下激励下，采用解析计算的方法对液压衬套的不变特征点进行了量化分析，发展了基于不变特征点对液压衬套的参数进行辨识的理论。
1.液压衬套的结构及动态特性测试分析
1.1 液压衬套的结构
液压衬套的剖面结构如图1所示，副车架液压衬套主要在X向提供阻尼，当内外管的相对位移变化时，液体通过惯性通道及旁通道在两液室内来回流动，利用液体流动的惯性损失、液体与壁面的摩擦损失及局部损失衰减振动的能量。
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1.2 液压衬套动特性的测试结果与分析
液压衬套动态特性的测试是在MTS833弹性动态特性振动测试实验台上进行的。由图2(a)可见，在不同幅值激励下，激振频率在1~7Hz的范围内，橡胶主簧对液压衬套动刚度的贡献占主要作用。随幅值的增大，动刚度降低。当频率在fF1~ fF2范围内，随幅值的增大，动刚度增加。当激振频率大于fF2，随激振振幅增加，动刚度降低，惯性通道中液体的振动对液压衬套动刚度的贡献起主要作用。
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对比图2(b)与图3(b)可知，频率在1~ fF3Hz范围内时，橡胶主簧与液压衬套滞后角特性较一致。橡胶主簧对液压衬套滞后角的贡献占主要作用。在频率为fF3~20Hz范围内，液压衬套的滞后角远大于橡胶主簧的滞后角，表明液压衬套在低频具有可提供液阻大阻尼的特性。当激励频率大于25Hz时，液压衬套与橡胶主簧滞后角之间的差别减小，表明惯性通道内的液体在较高频率段所提供的阻尼作用逐渐减弱。
2.液压衬套的非线性集总参数模型
建立单惯性通道液压衬套的集总参数模型，如图3所示。
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2.1惯性通道中液体的非线性模型
根据粘性流体沿流线的非定常伯努利方程，可得通道内液体流动的动量方程[5]：
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式(1)中，为液体的密度；为惯性通道横截面的水力直径；为局部损失系数；为惯性通道内液体与壁面的沿程损失系数，非线性参数的详尽描述可参考文献[6]。
2.2 液压衬套的非线性集总参数模型
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由上所述，理论与实验验证了不变特征点的存在，表明采用的非线性集总参数模型及对液压衬套参数进行辨识的正确性。
5.结束语
(1)基于流体力学理论，建立了考虑惯性通道中液体流动局部损失及沿程损失的非线性集总参数模型。采用解析计算的方法，对液压衬套动特性的幅值相关性及频率相关性进行了理论上的阐述，计算分析结果与实验结果的一致，验证了解析分析的正确性，揭示了副车架液压衬套的作用机理。
(2)分析了副车架液压衬套在不同幅值位移激励下存储动刚度存在不变特征点，表明作为有阻尼液压衬套系统的频率响应特性中也存在不变特征点。
(3)发展了采用建模解析分析的方法对非线性集总参数模型的参数进行辨识的理论。但对于液压衬套的动刚度、滞后角、存储动刚度及损失动刚度不变特征点、、、并没有采用解析的方法进行准确的描述，所以还需要进一步对这类问题进行探讨。
参考文献
[1]Hei?ing, Bernd; Ersoy, Metin. Chassis Handbook[M].Springer, 2011.
[2]Tan Chai, Jason T. Dreyer, Rajendra Singh. Time domain responses of hydraulic bushing with two flow passages [J]. Journ al of Sound and Vibration.2013, 1-18.
[3]Tan Chai,Jason T.Dreyer,Rajendra Singh. Dynamic Stiffness of Hydraulic Bushing with Multiple Internal Configurations[C]. SAE Technical Paper Series, 2013-01-1924,2013.
[4]杨超峰, 殷智宏, 上官文斌, 等. 液压衬套与液阻悬置作用机理的对比分析[J]. 华南理工大学学报 (自然科学版), 2015, 43(8): 82-90.
[5]Jun Hwa Lee, Kwang-Joon Kim. An Efficient Technique for Design of Hydraulic Engine Mount via Design Variable-Embedded Damping Modeling [J]. Journal of Vibration and Acoustics,2005,127:93 -99.
[6]杨超峰, 殷智宏, 上官文斌, 等. 汽车悬架液压衬套非线性动特性的实验与建模方法研究[J]. 振动与冲击, 2016, 35(3):79-86.
基金项目：中央引导地方科技发展资金项目(202007d06050015)