汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是指動(dòng)力總成（包括發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器及變速器等）與車架/底盤之間的彈性懸置元件構(gòu)成的系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的振動(dòng)通過(guò)該系統(tǒng)傳遞給車身/車架，路面不平造成的振動(dòng)也通過(guò)該系統(tǒng)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)，因此該系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)的好壞直接影響著整車的NVH性能。為了改善汽車內(nèi)的振動(dòng)情況，在汽車動(dòng)力總成中采用了大量的懸置系統(tǒng)。一個(gè)理想的動(dòng)力懸置系統(tǒng)應(yīng)具備以下特性：（1）在5～20Hz的低頻范圍內(nèi)，為了有效衰減因路面不平和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速燃?xì)鈮毫Σ痪鶆蛞鸬牡皖l大振幅的振動(dòng)，需具有高剛度、大阻尼的特性；（2）在20Hz以上的頻帶范圍內(nèi)，為了降低車內(nèi)噪聲，提高汽車的操縱穩(wěn)定性，需具有低剛度、小阻尼的特性。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸置已難以滿足汽車隔振性能的要求。為了達(dá)到良好的隔振效果，研究已不僅局限于橡膠懸置、被動(dòng)液壓懸置，而且出現(xiàn)了如電流變液力懸置等新型懸置系統(tǒng)。
1電流變液特性
電流變液是一種由介電微粒與絕緣液體混合而成的復(fù)雜流體。對(duì)大多數(shù)電流變液來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有外加電場(chǎng)的作用時(shí)，其黏度較低，表現(xiàn)為牛頓流體的力學(xué)特性；當(dāng)施加外加電場(chǎng)后，流體的力學(xué)性能發(fā)生明顯的變化，電流變液體變成黏塑體，只有當(dāng)剪切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時(shí)，液體才會(huì)流動(dòng)，液體呈現(xiàn)出屈服應(yīng)力τy，此時(shí)的液體是一種賓漢姆（Bingham）流體，其性能如圖1所示。
方程符合B ngham模型
式中τ為剪切應(yīng)力；τy E）為電場(chǎng)導(dǎo)致的剪切屈服應(yīng)力；η為電流變液體的動(dòng)力黏度；γ為剪切速率。
在電場(chǎng)作用下，電流變液體可以在液體和黏塑體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換過(guò)程是連續(xù)的，而且響應(yīng)十分靈敏，一般其響應(yīng)時(shí)間為ms級(jí)，并且這種液態(tài)和固態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是可逆的，控制相變所需要的能量也很小。電流變技術(shù)是指電流變效應(yīng)應(yīng)用于工程實(shí)踐的一項(xiàng)技術(shù)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車工程、航空航天、機(jī)械工程等領(lǐng)域。在汽車工程上主要用在離合器、懸架系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置等方面。
2 電流變液力懸置模型的建立
2.1 電流變液力懸置的結(jié)構(gòu)組成
電流變液力懸置是一種動(dòng)特性較好的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置，其實(shí)體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
（1）彈性元件（橡膠外殼）構(gòu)成的帶電流變液體的上腔，是懸置系統(tǒng)的彈性元件，當(dāng)承受外部激勵(lì)力的作用時(shí)，它可以發(fā)生變形，并改變上腔的容積，使電流變液體通過(guò)阻尼孔排出。如果上腔的阻尼孔通暢，則隔振裝置的剛度主要由橡膠彈性元件的剛度決定；如果阻尼孔被完全堵死，則由于在上腔中的電流變液體是不可壓縮的，彈性元件與液體一起形成一個(gè)新的剛度較大的復(fù)合彈性元件。顯然通過(guò)改變電場(chǎng)的強(qiáng)度，可以改變懸置中液體的黏度，進(jìn)而影響阻尼和動(dòng)剛度。電場(chǎng)增強(qiáng)，阻尼和動(dòng)剛度就增大。
（2）上、下腔間的隔板上開(kāi)有阻尼孔，孔一般為矩形截面的間隙通道，通道的兩側(cè)面作為陰極和陽(yáng)極，構(gòu)成一個(gè)均勻的電場(chǎng)，另兩側(cè)為絕緣體。電流變液體在阻尼孔中的流動(dòng)是一種平行平面的間隙流動(dòng)。當(dāng)隔板上只有一個(gè)阻尼孔時(shí)，可利用改變電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)電流變液力懸置的阻尼力；當(dāng)隔板上開(kāi)有多個(gè)阻尼通道時(shí)，則可利用電場(chǎng)對(duì)各個(gè)通道的組合控制，形成多個(gè)不同的阻尼力，使電流變液力懸置得到多個(gè)不同的固有頻率，后者在電場(chǎng)的控制上比較簡(jiǎn)單不需無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，只需作開(kāi)關(guān)控制即可。
（3）下腔由一個(gè)彈性底膜組成。彈性底膜利用自身的彈性，可以改變自身的形狀和容積，以承擔(dān)電流變液體由于橡膠彈性元件變形，所引起的在上、下腔中的流動(dòng)，以及上、下腔液體容量的變化。
（4）剛性的下部殼體，包在彈性膜外，其中充滿空氣使彈性膜可以自由伸縮。
（5）高壓電場(chǎng)以及高壓電施加于阻尼通道上的正負(fù)電極。
2.2電流變液力懸置力學(xué)模型
電流變液力懸置的力學(xué)模型電流變液力懸置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化抽象的模型如圖3所示。
根據(jù)電流變液的特性，可以得到其黏度為
式中ηa為電流變液的黏度。由此可得出液體流過(guò)阻尼孔的阻尼力為
式中L、b分別為阻尼孔的深度和寬度，h為電極的間隙距離，qi t）為阻尼孔的液體流量。
根據(jù)不可壓縮流體的動(dòng)量方程和連續(xù)性方程，可以得出
式中kr br分別為橡膠主簧的剛度和阻尼系數(shù)，Ar為橡膠主簧的等效活塞面積，C1、C2分別為上下液室的體積柔度，p1、p2分別為上下液室中液體壓力。
從該模型中可以看出，通過(guò)電流變液力懸置傳遞到車身的作用力有兩部分：一部分通過(guò)橡膠主簧傳遞；另一部分是由上下液室液體的壓力產(chǎn)生的。因此懸置固定端的支反力的計(jì)算公式為
通過(guò)控制阻尼通道的電場(chǎng)，可以改變電流變流體的黏性，從而改變所產(chǎn)生的阻尼力的大小，達(dá)到吸收振動(dòng)的效果。
3 置仿真及試驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)該力學(xué)模型以及文獻(xiàn)中提到的模型，設(shè)定有關(guān)的參數(shù)后，利用ADAMS軟件對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，在未加電場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)剛度和響應(yīng)滯后角變化曲線如圖4、圖5中虛線所示。從圖中可以看出，電流變液壓懸置在未加電場(chǎng)時(shí)，其動(dòng)態(tài)特性與傳統(tǒng)的被動(dòng)式液壓懸置相類似。
電流變液力懸置的動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)是在Instron8800伺服液壓振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的。試驗(yàn)所用的電流變液材料，可參考實(shí)驗(yàn)室專門的關(guān)于電流變液的論文。試驗(yàn)時(shí)將懸置的兩端與試驗(yàn)臺(tái)相連，然后在其中一端施加一個(gè)位移激勵(lì)xF （t）=X0sinωt，xF（t）為位移激勵(lì)、X0為位移激勵(lì)幅值，而另一端則固定在試驗(yàn)臺(tái)架上，記錄運(yùn)動(dòng)端的位移傳感器的信號(hào)x（t）和固定端的力傳感器信號(hào)F（t），即可得到某一頻率下的動(dòng)態(tài)剛度和滯后角。圖4和圖5中實(shí)線為試驗(yàn)測(cè)得的未加電場(chǎng)時(shí)的相應(yīng)曲線。
通過(guò)對(duì)比仿真計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)試的液壓懸置的動(dòng)剛度和滯后角曲線，可以看出兩者比較吻合，從而驗(yàn)證了模型的正確性。一個(gè)比較理想的懸置需要低頻高剛度大阻尼、高頻低剛度小阻尼的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于電流變液力懸置，可以通過(guò)控制阻尼孔電極之間的電場(chǎng)的大小，調(diào)節(jié)電流變液的特性，從而改變懸置動(dòng)剛度和滯后角曲線的峰值大小及其發(fā)生的頻率。圖6和圖7中虛線為施加電場(chǎng)后電流變液懸置的動(dòng)剛度和滯后角的仿真結(jié)果。實(shí)線為相應(yīng)的施加電場(chǎng)后的實(shí)測(cè)曲線。
4 結(jié)語(yǔ)
（1）建立了電流變液力懸置的動(dòng)力學(xué)模型，在ADAMS中進(jìn)行了仿真分析。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了模型的正確性。
（2）文中建立的仿真模型，可以很好地預(yù)測(cè)懸置的動(dòng)態(tài)特性，而且可以在設(shè)計(jì)液力懸置時(shí)通過(guò)改變某些參數(shù)，對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化，從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。
（3）仿真結(jié)果表明，具有阻尼調(diào)節(jié)能力的電流變液力懸置，能有效隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)向車架的傳遞，以及路面不平度激勵(lì)向發(fā)動(dòng)機(jī)的傳遞，提高整車NVH性能。
（轉(zhuǎn)載）
