液阻型橡胶隔振器非线性特性仿真分析Ξ上官文斌吕振华(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京,100084摘要液阻型橡胶隔振器是汽车动力装置等系统的先进隔振元件。该文以惯性通道2活动解耦盘式液阻悬置为研究对象,建立了非线性动力学特性仿真分析的线性与非线性集总参数模型,重点探讨了模型中一些重要物理参数的识别方法。对BUICK轿车动力总成惯性通道2解耦盘式液阻悬置的动特性进行仿真,并与实验值进行对比分析,计算了该液阻悬置在不同的激振工况下,一些特征参数变化的规律,结果与液阻悬置的工作机理或实验值吻合。该建模与仿真方法对液阻悬置产品设计与开发具有一定的指导意义。关键词:参数识别;液阻型橡胶隔振器;集总参数模型;动特性分析:TH113;U464引言液阻型橡胶隔振器,也称液阻悬置,是指连接汽车动力总成与车架或车身的隔振元件,它是在传统橡胶悬置的基础上增加了液体阻尼机构而形成的,其动特性具有随激振频率和激振振幅而变的特性[1]。液阻悬置的发展经历了被动式、半主动式以及主动式三个阶段,其中,被动式的应用较为广泛,而半主动式、主动式由于能耗大及可靠性低而应用较少。对液阻悬置动力学特性的实验研究和仿真分析,已引起了人们的广泛重视。Flower提出了节流阻尼式、惯性通道式和惯性通道2解耦盘式液阻悬置的等效机械模型,解释了惯性通道和解耦盘作用的机理,即液阻悬置相当于一个动力吸振器,惯性通道或节流阻尼中液体的惯性决定了液阻悬置的低频动态特性[1]。Ushijima等人对惯性通道、惯性通道2解耦膜和惯性通道2解耦盘式液阻悬置的动态特性进行了实验研究,重点研究了在复合激励时,惯性通道2解耦膜和惯性通道2解耦盘式液阻悬置高频动特性[2]。Kim等以惯性通道式的液阻悬置为对象,考虑了上液室体积刚度的非线性等因素,对其动力学特性进行了仿真分析[3]。Ahmed等以惯性通道2节流阻尼式液阻悬置为研究对象,考虑了液体流经节流阻尼时的湍流特性,对其动力学特性进行了分析,并研究了它在冲击时隔振性能[4]。Colgate等人研究了惯性通道2活动解耦盘式液阻悬置在受到复合激励时的动特性,得到了与文[2]实验结果一致的结论[5]。Geisberger等利用集总参数模型对惯性通道2活动解耦盘式液阻悬置进行了仿真分析,建立了一套较为完善的实验装置,利用这套装置可以测试出集总参数模型动特性仿真所需的物理参数[6]。吕振华教授等对惯性通道2固定解耦膜和惯性通道2活动解耦盘式液阻悬置的动特性进行了实验研究与仿真分析[7~8]。在文[3~4,6~8]中,仿真所需的物理参数,如体积刚度、流量阻力系数等都是通过实验或者由近似的解析公式计算得到的。本文以BUICK轿车发动机用惯性通道2活动解耦盘式液阻悬置为研究对象,建立动特性仿真分析的线性与非线性集总参数模型,并把仿真结果和实验值进行了对比分析。液阻悬置动特性的仿真结果与实测值是否一致,取决于建立的模型和模型中物理参数的准确性,本文重点探讨了在进行液阻悬置非线性动力学仿真时,一些重要物理参数的识别方法。1液阻悬置结构及其集总参数模型1.1结构和性能评价参数图1为惯性通道2活动解耦盘式液阻悬置的结构示意图,其中A,B两端分别与发动机和车架相连,刚性解耦盘运动的自由行程为2∃。当A端无激励时,可以近似地认为解耦盘处于自由行程的中间位置。当A端的激励为高频、小振幅(50~200Hz,第16卷第4期2003年12月振动工程学报JournalofVibrationEngineeringVol.16No.4Dec.2003Ξ教育部博士点科研基金资助项目(编号:98000321、清华大学2000年基础研究基金和丰田汽车公司的资助项目收稿日期:2002212225;修改稿收到日期:20032042280.05~0.2mm正弦激励时,解耦盘仅在自由行程(2∃中运动,因而惯性通道中无液体流动。当A端的激励为低频、大振幅(1~50Hz,1~2mm正弦激励时,由于橡胶主簧的泵吸作用,使得解耦盘运动的位移大于其自由行程,又由于上、下液室隔板限制了解耦盘的运动,因而迫使液体流经惯性通道,在一定的激振频率下,惯性通道中的液体会发生共振,此时液阻悬置表现出大刚度、大阻尼的特性。由此可知,由于解耦盘的运动特性,使得液阻悬置的性能与激振振幅有关,而惯性通道内液体的运动,使得液阻悬置的性能与激振频率有关。图1惯性通道2活动解耦盘式...