導(dǎo)讀
上期講堂給大家詳細(xì)分析了一波發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的知識(shí)，相信大家對(duì)其中的門道有了基本的了解，還沒(méi)說(shuō)完，本期講堂，帶大家研究一下，“隔壁老王”家的車用的是什么懸置件？到底是什么巧妙的結(jié)構(gòu)讓人坐起來(lái)這么舒服？來(lái)，《講堂》繼續(xù)跟你聊技術(shù)。
上一篇文章《都知道懸架重要，那有人在乎懸置嗎？首先，它是啥？（上）》給大家講了一下隔振的原理和懸置的設(shè)計(jì)，再結(jié)合今天這篇文章的內(nèi)容，以后各位可以好好秀一波知識(shí)量?jī)?chǔ)備了。好，話不多少，直奔主題。
之前主要講了橡膠懸置，有一點(diǎn)補(bǔ)充的就是，懸置設(shè)計(jì)時(shí)，解耦設(shè)計(jì)和頻率分布是從隔振角度提出的要求（概念不清晰的朋友請(qǐng)自行補(bǔ)習(xí)上一篇講堂內(nèi)容~），我們知道，除了隔振以外，懸置還要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)極限工況的限位，也就是說(shuō)你發(fā)動(dòng)機(jī)不能在機(jī)艙內(nèi)大幅度竄動(dòng)，因此在具體的剛度設(shè)計(jì)時(shí)需要在不同的壓縮或拉伸階段（線性段、過(guò)渡段、限位段），設(shè)計(jì)出不同的剛度，這個(gè)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行巧妙的設(shè)計(jì)即可。一般其靜載剛度設(shè)計(jì)成下圖所示。
我們希望常用工況下，如怠速等工況，懸置工作在線性段，一些極限的工況可以工作在過(guò)渡段和限位段，這些工況的要求有專門的標(biāo)準(zhǔn)，也就是所謂的通用28工況，懸置設(shè)計(jì)時(shí)需要參考標(biāo)準(zhǔn)，基本可以保證設(shè)計(jì)出來(lái)的懸置問(wèn)題不大。
好，事物的發(fā)展都有兩面性，我們看到了橡膠懸置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但是它存在一個(gè)非常顯著的缺點(diǎn)——?jiǎng)討B(tài)硬化。
橡膠動(dòng)剛度曲線
這里的動(dòng)態(tài)硬化，是指橡膠的動(dòng)剛度隨著頻率的增加而增加，就是上圖描述的這種現(xiàn)象。所謂動(dòng)剛度就是橡膠上施加動(dòng)態(tài)載荷時(shí)的剛度，這個(gè)跟橡膠配方有關(guān)，一般動(dòng)剛度為靜剛度的1.4~1.6倍。我們知道，在追求以舒適性為主的轎車上，我們希望在路面沖擊、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、轉(zhuǎn)向、加速等低頻大振幅激勵(lì)工況下，懸置具有大剛度、大阻尼的特性，以更好的抵抗發(fā)動(dòng)機(jī)的大幅度位移，同時(shí)可以衰減其振動(dòng)的能量；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速拉高，產(chǎn)生高頻小振幅的振動(dòng)，我們希望此時(shí)懸置具有小剛度、小阻尼的特性，這樣可以使懸置系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)離激勵(lì)頻率，以實(shí)現(xiàn)更好的隔振，這個(gè)在上一篇文章隔振原理分析時(shí)已經(jīng)跟大家講過(guò)隔振原理了，沒(méi)弄懂的朋友可以再回頭看一下~
既然如此，我們從上面的圖中可以看到，橡膠懸置顯然是不能很好的滿足要求的，因?yàn)殡S著頻率的增加，其動(dòng)剛度顯著增加，出現(xiàn)動(dòng)態(tài)硬化，這與我們想要的隔振是相違背的，而且純橡膠懸置依靠?jī)?nèi)部分子的摩擦產(chǎn)生阻尼，效果有限，因此對(duì)于低頻大振幅激勵(lì)下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)效果一般。怎么辦呢？液壓懸置出現(xiàn)了！
液壓懸置是個(gè)啥？
液壓懸置內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖
上圖就是目前應(yīng)用最多的解耦膜—慣性通道式液壓懸置，它主要包含了橡膠主簧、解耦膜以及慣性通道結(jié)構(gòu)，上圖結(jié)構(gòu)看起來(lái)比較復(fù)雜，我將結(jié)合其工作原理圖[1]給大家分析一下它是如何工作的。
解耦膜—慣性通道式液壓懸置原理圖
當(dāng)作用有低頻大振幅振動(dòng)時(shí)，除了橡膠主簧起作用外，液壓懸置里面還裝了液體，一般采用乙二醇，它會(huì)在慣性通道之間來(lái)回流動(dòng)，形成一定的阻尼作用，實(shí)現(xiàn)低頻的大阻尼效果，削弱振動(dòng)的幅值。此時(shí)，由于腔室中液壓油運(yùn)動(dòng)的頻率低，解耦膜會(huì)靠向上下限位擋板的一側(cè)，不起作用。
隨著激勵(lì)頻率的升高，慣性通道內(nèi)的乙二醇流動(dòng)出現(xiàn)阻礙，此時(shí)解耦膜開(kāi)始發(fā)揮作用，在上下限位之間來(lái)回晃動(dòng)，實(shí)際上可以理解為將液體攪動(dòng)起來(lái)，這樣就可以從一定程度上降低懸置的動(dòng)剛度，起到在高頻小振幅激勵(lì)下，降低液壓懸置動(dòng)剛度的作用，因此，懸置的隔振性能得到改善。
然而，隨著頻率的進(jìn)一步升高，解耦膜的振動(dòng)幅值減小，起不到降低動(dòng)剛度的作用了，此時(shí)懸置依舊會(huì)出現(xiàn)高頻硬化的現(xiàn)象，但是這種結(jié)構(gòu)可以拓寬減振的頻率范圍，相較于橡膠懸置，它具有更好的隔振和限位特性。因此，目前液壓懸置在乘用車上用的較多，成本低，只要不追求極致的效果，是可以滿足消費(fèi)者對(duì)于NVH的需求的。各位如果感興趣，可以掀開(kāi)引擎蓋，看看自己的愛(ài)車是不是采用了液壓懸置，觀察一下結(jié)構(gòu)，可以更好的理解本期講堂的內(nèi)容~
當(dāng)然，由于液壓懸置不需要外界的控制，也不需要任何能量的輸入，因此稱為被動(dòng)式液壓懸置。當(dāng)然，工程師們對(duì)于技術(shù)的追求是無(wú)止境的，為了達(dá)到更好的隔振效果，后期又開(kāi)發(fā)了半主動(dòng)液壓懸置，到底怎么個(gè)原理，咱們繼續(xù)往后看~
為什么要開(kāi)發(fā)半主動(dòng)懸置？
前文已經(jīng)分析過(guò)，縱使液壓懸置效果不錯(cuò)，但是還是存在高頻硬化，而且，對(duì)于咱們常用的工況，減振效果是不是還能進(jìn)一步提升呢？好，咱們?nèi)￠L(zhǎng)補(bǔ)短，首先充分發(fā)揮你液壓懸置的優(yōu)勢(shì)，其次，工程師們?cè)谶@個(gè)的基礎(chǔ)上，加入控制的方法，實(shí)現(xiàn)在常用工況下的隔振降噪，比如怠速工況等，畢竟誰(shuí)也不愿意在等紅綠燈或者堵車的時(shí)候，方向盤一直抖個(gè)不停！好，先給大家介紹一款結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)式的半主動(dòng)懸置[2]。
結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)式的半主動(dòng)懸置結(jié)構(gòu)原理圖
這款半主動(dòng)懸置的工作原理是什么呢？仔細(xì)觀察我們發(fā)現(xiàn)，除了具備慣性通道和解耦膜以外，在解耦膜的下方設(shè)計(jì)了一個(gè)空氣腔，空氣腔通過(guò)一根細(xì)長(zhǎng)的通道，接到電磁閥上，這個(gè)電磁閥是可控的，通過(guò)開(kāi)關(guān)這個(gè)電磁閥，可以實(shí)現(xiàn)懸置解耦膜底部空氣腔的開(kāi)關(guān)，這兩種不同的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的懸置的剛度是完全不同的。
我們可以想象，當(dāng)電磁閥工作時(shí)，也就是空氣腔被封閉，此時(shí)液壓懸置工作的時(shí)候，底部被封閉的空氣具有一定的剛度，因此，懸置整體剛度上升，達(dá)到大剛度的目的。同理，電磁閥不工作時(shí)，解耦膜空氣腔與大氣連通，此時(shí)懸置剛度降低，實(shí)現(xiàn)小剛度的目的。
通過(guò)上面的操作，可以針對(duì)低頻大振幅振動(dòng)，電磁閥通電，限制發(fā)動(dòng)機(jī)的大幅度位移；針對(duì)高頻小振幅振動(dòng)，電磁閥斷電，實(shí)現(xiàn)小剛度小阻尼，進(jìn)行良好的隔振。具體的要求可以根據(jù)汽車對(duì)于舒適性或操縱的要求進(jìn)行控制策略的編寫(xiě)，這都是工程師們的任務(wù)了~
當(dāng)然，半主動(dòng)懸置可不僅僅只有這一種，還有比較有意思的電流變和磁流變半主動(dòng)懸置，這種一般稱為性能參數(shù)可調(diào)式半主動(dòng)懸置。
電流變半主動(dòng)懸置原理圖[3]
所謂電流變半主動(dòng)懸置，顧名思義，就是通過(guò)施加電場(chǎng)，控制電流變液的流動(dòng)，而這種電流變液是一種智能材料，一般這種液體在半主動(dòng)懸架減振器等隔振元件中應(yīng)用的較多。這種液體的力學(xué)特性會(huì)隨著電場(chǎng)的改變而改變，因此，當(dāng)電流變液在懸置中的電極板的來(lái)回流動(dòng)時(shí)，通過(guò)施加電場(chǎng)，就可以實(shí)現(xiàn)懸置剛度和阻尼特性的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減振降噪和限制發(fā)動(dòng)機(jī)位移的功能。原理上其實(shí)不難，但是真正實(shí)現(xiàn)起來(lái)，要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，考慮材料特性等等，因此，技術(shù)難度上要比傳統(tǒng)的液壓懸置難的多。使用電流變半主動(dòng)懸置效果究竟如何？請(qǐng)看下圖。
電流變半主動(dòng)減振器控制效果[3]
橫坐標(biāo)是頻率，縱坐標(biāo)是振動(dòng)位移的傳遞率。當(dāng)對(duì)半主動(dòng)懸置進(jìn)行控制時(shí)，在低頻率激勵(lì)下的位移傳遞率大幅度減小，控制效果明顯。但是隨頻率上升，效果將不再明顯。因此，半主動(dòng)懸置針對(duì)某些特定工況的控制，還是能取得很好的效果的。
磁流變液半主動(dòng)懸置結(jié)構(gòu)剖視圖[4]
當(dāng)然，另外一種就是磁流變液半主動(dòng)懸置，它將電流變液換成了磁流變液，將電場(chǎng)換成了磁場(chǎng)，通過(guò)改變控制電壓，調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)而改變流體粘度，調(diào)整懸置剛度特性。上圖是某型號(hào)磁流變液半主動(dòng)懸置的剖視圖，上面的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，控制磁流變液的粘度，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整剛度和阻尼，改善懸置系統(tǒng)的隔振效果。當(dāng)然，復(fù)雜的控制意味著更高的成本。
Porsche 911 GT3上應(yīng)用的磁流變懸置，主要是考慮其操縱特性，在賽道上把懸置調(diào)硬，使其具有更好的動(dòng)力響應(yīng)。因此，有了這種控制，不僅僅是隔振降噪，還可以根據(jù)不同的工況進(jìn)行調(diào)節(jié)。下面兩幅動(dòng)圖就是911GT3入彎前后，磁流變減振器的控制過(guò)程。
入彎前控制過(guò)程
入彎時(shí)控制過(guò)程
主動(dòng)懸置又是怎么一回事？
除了這種針對(duì)特定工況進(jìn)行剛度和阻尼調(diào)整的半主動(dòng)懸置，有沒(méi)有能夠根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的懸置呢？控制頻率更寬，改善效果更好的主動(dòng)懸置了解一下！
大陸汽車電子研發(fā)的主動(dòng)懸置及控制芯片，控制過(guò)程比較復(fù)雜[5]
所謂主動(dòng)懸置，可以簡(jiǎn)單理解為，在懸置結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)作動(dòng)器，通過(guò)控制作動(dòng)器輸出的力的大小，來(lái)抵消發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的波動(dòng)的力，進(jìn)而保證振動(dòng)不能傳遞給駕駛員，提高整車的NVH特性。主動(dòng)懸置是為追求極致的乘坐舒適性或者操縱性能而開(kāi)發(fā)的，它能夠根據(jù)實(shí)時(shí)路況和駕駛工況進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。當(dāng)然，其能耗和成本也最高。
Lexus 350主動(dòng)懸置系統(tǒng)[6]，產(chǎn)生反向振動(dòng)，抵消原有振動(dòng)
主動(dòng)懸置類型有很多，可以分為電磁式、壓電式等等，這兒就給大家重點(diǎn)介紹一下電磁式的主動(dòng)懸置。
電磁式主動(dòng)懸置
本質(zhì)上它是基于傳統(tǒng)的液壓懸置改進(jìn)過(guò)來(lái)的，在解耦膜—慣性通道式液壓懸置的下部，加裝一個(gè)電磁作動(dòng)器，作動(dòng)器的作動(dòng)端與懸置的解耦膜相連，通過(guò)控制懸置作動(dòng)端的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起解耦膜的振動(dòng)，從而改變懸置的剛度和阻尼特性，產(chǎn)生的力與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)力抵消，以達(dá)到更好的隔振效果。具體如何發(fā)揮作用，效果又如何，咱們直接看動(dòng)圖。
低頻振動(dòng)，純液壓懸置模式
觀察上圖可知，低頻振動(dòng)時(shí)，主動(dòng)懸置不發(fā)揮作用，可以看作為被動(dòng)式液壓懸置，由于振動(dòng)頻率較低，因此液體在慣性通道內(nèi)可以來(lái)回流動(dòng)，形成阻尼，并且具備一定的隔振效果。從波動(dòng)曲線可以看出，振動(dòng)依舊可以傳遞到副車架，只不過(guò)幅值被削弱，達(dá)到一定隔振效果。
高頻激勵(lì)，被動(dòng)模式，懸置出現(xiàn)動(dòng)態(tài)硬化
隨著激勵(lì)頻率的增加，在不啟動(dòng)主動(dòng)控制的情況下，液壓懸置出現(xiàn)高頻硬化，液體不再在慣性通道內(nèi)流動(dòng)，此時(shí)隔振性能較差，振動(dòng)由發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到副車架；
高頻激勵(lì)，主動(dòng)模式，作動(dòng)器發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)很好的隔振效果
主動(dòng)模式打開(kāi)時(shí)，作動(dòng)器開(kāi)始振動(dòng)，根據(jù)控制算法計(jì)算需要的作動(dòng)力，并控制作動(dòng)器產(chǎn)生反作用力與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)抵消，使得傳遞到副車架的振動(dòng)幾乎為0，達(dá)到最大的隔振效果。
主動(dòng)懸置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但是確實(shí)具有最好的減振降噪效果。當(dāng)然，主動(dòng)懸置還有其他的實(shí)現(xiàn)形式，其原理基本上都是相通的。
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