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三种被动液压发动机悬置模型动特性对比研究

时间:2015-12-27  作者:毛剑峰 黄海波 陈杰
摘要:论文主要研究三种有显著特征区分的被动液压悬置的线性与非线性模型.其中两款液压悬置装有解耦盘,解耦盘的工作形式不一致,另外一种液压悬置没有解耦盘,它们都有阻尼孔.解耦盘的主要作用是控制液压悬置的幅频特性.非线性特征是研究三种悬置的关键所在,也是在三种模型中必须考虑的问题.但是,非线性模型的建模的过程非常相似于线性模型的建模过程,主要的区别在于非线性模型的建模过程中考虑了很多的非线性因素.这种非线性因素主要表现在液固的耦合上,可以参考[5,6,7,8,9,12,14,16].这三种集总参数模型通过参数化的表现形式来阐述其作用机理.三种液压悬置的非线性模型在低频域(0~50HZ)与高频域(50~250HZ)内分别相互比较,以得到各自的优劣。这种在频域内的幅频特性是对比研究中所期望获得的。同时,用实验手段来验证模型的正确性与可行性是研究中的主要目标之一。
论文关键词:发动机液压悬置,解耦盘,集总参数模型,非线性
被动液压悬置(HEM)是在二十世纪80年代中期汽车工业领域产生的,其主要是提供被动振动隔离以满足客户对汽车更舒适,更平顺的要求。特别来说,液压悬置主要提供两种工作模式,一种控制低频高振幅道路激励振动,另一种控制高频小振幅振动发动机激励振动。这两种工作模式地实现主要基于悬置里面的解耦盘与阻尼孔对液体,加上橡胶与液体的相互作用。 还有,目前发动机被动液压悬置通常使用两种不同控制幅频特性的形式。一种常见的被动悬置是通过浮动解耦盘的开关机理来实现振动幅值的敏感性控制(如图2)。另一种悬置的控制方法是直接通过一端固定在发动机上的解耦盘来实现减振作用,这种悬置解耦盘直接接受发动机的激励(如图3)。 所有前面所述的集总参数模型都可以在外文文献中找到[1~13]。不过,就作者目前所查阅的资料中及知识水平范围内,几乎很少有基于不同模型之间的一种的线性与非线性特性的对比研究,包括模型的优劣性、使用范围、假设条件等。在这篇论文里,首先给出的是模型建立的精要假设条件与参数来源及推导,随后是基于三种模型的线性与非线性特性的间接比对研究,以给出各自的优劣性。随后,实验的验证与仿真将在论文中详细讨论。 集总参数模型 图1 HEM I(只有阻尼孔的液压悬置)的集总参数 模型(LP I) Fig. 1 The lumped parameter (LP) model for an HEM with only one inertia track (I). 发动机液压悬置 图2浮动解耦盘式的液压悬置的集总参数模型(II) Fig. 2 Lumped parameter model with floating-decoupler hydraulic mount (II). 非线性 图3 直接解耦盘液压悬置的集总参数模型(III)Fig. 3 Lumped parameter model with direct-decoupler 1 不同模型的基本假设 为了比较不同的分析模型,首先很有必要对它们各自的模型假设前提及数学公式进行比较。参考了很多的国外先进的建模思想,对不同的发动机悬置进行总结与归纳 对于最基本的集总参数模型假设,我们可以归纳为如下几点: 1、 忽略悬置上面机械阻抗的承载影响; 2、 橡胶被简化为只有在Z方向上一个自由度; 3、 悬置内腔液体是几乎不可压缩的,其体积刚度只依赖其配置形式与橡胶的昭氏硬度; 4、 压力腔视为均匀一致; 5、 忽略液体流动的惯性压力损失; 6、 悬置的基座被固定在一个座子上面; 7、 惯性通道的截面被简化为圆形; 8、 忽略悬置弹簧随温度的变化率,及温度对液体流动的影响 9、 橡胶元件在低频的动态刚度幅值与滞后角很少,实际可以视为不变[10]; 10、假定集总参数模型的状态变量为X,定义为解耦盘 另外,除了上面1~9条的基本假设,集总参数模型(II)还需要以下的假设: 这些参数忽略了解耦盘关闭时候的状态,每一种解耦盘都视一个常开的工作状态; 假定在冲入液体流动状态,一个常量的速度场通过液体流动通道; 假定解耦盘常开的情况下,流动平衡方程、动量转换方程、流体连续性方程完全可以定量描述浮动解耦盘式悬置的线性模型。 大气压视为恒压; 假定集总参数模型的状态参数X可以定义为解耦盘. 与模型(I)相比,集总参数模型(III)包含了基本假设的1~5条,同时假定集总参数的状态变量X,定义为非线性 应该提及的是三种集总参数模型都有各种不同的假设条件,但是它们都有以下的几点特征: HEM的特性的预测,不仅需要线性与非线性的模型,而且也需要集总参数的值; 线性集总参数的模型的利用主要是为了定性地分析HEM的动刚度与滞后角,同时评估滞后角的峰值频率值; 为了定量地分析悬置的动刚度与滞后角,有必要研究集总参数的非线性模型; 假定集总参数三种被动液压发动机悬置模型动特性对比研究,橡胶的滞后角为常数,及动刚度与滞后角峰值可以被调和; 悬置的主要工作频率范围在0~30HZ。 2 不同模型的主要参数识别 主要参数识别实验设备为装有激振器的伺服控制液压缸。其液压缸被夹紧在机械机座上,激振器的直线驱使液体流入到两腔或三腔的容积里。通过激振器的直线运动位移乘以活塞顶面积就可以把激振器的位移变化转化为液体的容积变化。保持活塞的一侧处于大气压状态,激振器的运动驱使液体通过连接管流入参数识别腔。识别腔是 厚的聚丙烯酸构成的,识别腔之间有铝合金连接头。模块化的设计保证了不同的部件可以通过连接盘固定在识别腔上,不同测试部件方向遵循液体流动的方向。高频的压电传感器用来测量识别腔的压力变化,作为电信号接受连接盘的输出数据。 三种被动液压发动机悬置模型动特性对比研究 ⑤高频压电传感器 ④连接盘 ③识别腔 ②连接管 图4 参数识别实验设备图 Fig.4 Parameter identifications apparatus 在前人的著作中[4,5,14],非线性刚度,阻尼等参数被定义为基于振动幅值、频率、载荷力参数变化的函数。我们可以通过上文讲到的实验设备获取主要识别参数,也可以用有限元方法获取参数。有限元分析主要需要运用一些动力学软件,例如ANSYS,ADINA等,但是有限元方法也必须接受最前面的基本假设条件,最终需要实验验证。在论文中,作者主要用实验方法获得主要的参数。需要提及,橡胶的有效泵压面积主要受预载力的影响。获取橡胶的主要参数(,)的方法是去除悬置内液体作用,然后单独测量上腔的参数。我们做研究的悬置视为单腔承受载荷的悬置,主要因为有一腔只是起到转移液体的作用[18]。本质上讲,下腔柔度就像一个隔膜起作用,对整个系统体积刚度所起的作用甚微。下腔的研究方法类似与上腔的研究方法。  1/3    1 2 3 下一页 尾页
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