发动机主动悬置及半主动悬置系统研究综述

　　【摘 要】理想的发动机悬置系统应在发动机转速范围内有效地隔离因发动机干扰力所引起的发动机振动，并防止发动机因路面激励作用而发生的振动。这表明发动机悬置的动态特性和阻尼应具有频变特性和幅变特性。发动机悬置系统的发展大多集中于提高频变特性和幅变性能。半主动技术通常用来进一步提高被动式液压悬置的性能，使它们更可调；发动机主动悬置系统在低频时具有大的刚度而在高频时具有小刚度，这样能有效地隔离振动。
　　【关键词】发动机悬置；主动悬置；半主动悬置
　　一、引言
　　一般来说，车辆悬置系统包括发动机和几个与车架相连的悬置。现代发动机悬置已经成功地将驾驶员和乘客与发动机引起的噪声和振动隔离。尽管如此，仍然有必要进一步提高发动悬置系统的性能。
　　被动式液压悬置不能解决车辆工作过程产生的所有问题。虽然当受到简单正弦激励时，普通解耦式液压悬置表现出了优良的性能，但由于解耦器的非线性，这类悬置对叠加的激励输入并不起作用。
　　为了解决被动式液压悬置的一些问题并改进他们的动态性能，半主动式液压悬置和主动式液压悬置控制技术已经在发动机悬置设计中得到应用。在半主动控制方面，通过控制一个或更多的系统参数来调整系统的动态响应。在更多情况下，半主动振动控制的基本观念是通过改变发动机悬置的动态特性（如阻尼）来衰减振动的能量。这个方案常常在开环系统中实现，一旦能量被衰减后就不再存在稳定性的问题。在另一方面，在主动控制中，执行机构产生的控制力抑制了扰动力向系统的传递。换言之，就是提供一个主动的能量源持续地抵消目标能量源，此方案常在闭环系统中应用。
　　二、半主动悬置
　　采用半主动控制机理的发动机悬置叫做半主动发动机悬置。半主动控制能通过控制系统参数来改变系统的动态响应。半主动发动机悬置能够控制的系统参数是弹性刚度和阻尼。在半主动液压悬置系统中，通过分别改变液体内射压力和节流孔大小来改变系统的动态刚度和阻尼，以此来达到控制系统共振频率的目的。在大多数情况下，由于它的单一性，我们首选阻尼的控制。在半主动悬置控制中，人们注意到当有电场存在时，电流变液体的速度将发生改变。我们可以使用这个特性来控制系统阻尼。发动机半主动悬置系统通常包含一个有可控要素的被动悬置和一个控制机构。几乎所有的半主动悬置在文献中都是液压悬置。液压悬置的力学模型如图1所示。在这个模型中，调整移动质量M来改变阻尼力从而控制系统的动态响应。电流变液体悬置的结构与普通液压悬置相似，不同的是电流变液体悬置的液体在电场中，节流孔由有高电压的电极相互连接。因为电流变液体由于电场的存在而改变了它的粘度，与流速成比例的阻尼力成为控制力并由高电压控制。电压的相位和波形是可调的。半主动系统基于一阶sky-hook系统原理，并能提高低频振动式的阻尼。
　　大多数的半主动液压悬置系统都对系统参数很敏感。关于这些系统的研究表明只有通过广泛的参数研究，才有可能完成悬置系统的最佳改进。发动机半主动悬置系统主要用来提高系统在低频时的性能。为提高在高频时的隔振性能，通常采用主动控制技术。
　　三、主动悬置
　　在主动悬置中，为了抑制系统扰动力矩的传递，会由一个或多个作动器产生一个动态的抵消力。换言之，用一个主动能量源持续地抵消目标能量。一个主动悬置包含一个被动悬置（橡胶的或液压的）、作动器，一个振动传感器和一个电力控制机构。被动式悬置用于在作动器失效时支撑发动机。作动器用于对控制信号作出快速反应，提供主动力用于衰减振动。振动传感器可以看成是一个力传感器或一个向控制机构提供控制信号的加速计，控制机构调整作动器产生的力的幅值和相位，以此来降低振动。控制机构既是信号源又是執行机构。主动振动控制是在闭环控制机构中利用一个线性传感机构来实现的。电磁式液压主动悬置的力学模型如图2和3 所示。在这个模型中，F表示由作动器产生的动态力。在这种情况下，一个电磁式作动器产生动态力来抵消发动机的扰动力矩并降低怠速时的车架振动。作动器和普通发动机电磁式悬置是分开的并安装在底盘横梁的前面部分。悬置和作动器合成一体的形式比它们分开的布置形式有效。因为在结构内部安装一个能减震的系统比在结构内部直接找一个替代品更有效、更简单。目前，压电式主动悬置已经得到发展。压电驱动器有非常高的灵敏度，但它的作用位移很小并要求用一个合适的机构来增加位移幅值。
　　除了发动机发生振动外，主动悬置的刚度和被动悬置（橡胶的和液压的）在任何频率情况下都是等效的。在扰动力频率下，一个控制机构指示主动悬置变软（减小加速度或力传感器信号）。主动悬置能够克服被动悬置的一些局限性，例如，主动式橡胶悬置在低频时有大刚度，而在高频时有小刚度。在发动机跳动频率下调整主动液压悬置，使其具有适当的阻尼并且在高频时拥有较低的动态刚度。
　　半主动悬置用来改进系统的低频特征，如增加阻尼。主动悬置在低频时刚度较大，在高频时必须调整到小刚度。为了提供较好的隔振效果，发动机主动悬置能够承受较高水平的发动机振动。这也许将降低平衡轴的要求并使车辆的底盘更轻。主动悬置使用传感器、控制单元及能量源。与发动机被动悬置系统相比，主动悬置系统导致质量、成本和能量消耗增加，并降低系统的可靠性。主动悬置的可靠性和经济性仍需进一步的改进，并主动悬置将成为新一代的发动机悬置。
　　四、结论
　　整个发动机悬置系统的性能不仅依赖于单个悬置的性能，同时也依赖于整个系统的优化设计。被动式液压悬置不能解决车辆工作过程中产生的所有问题。半主动技术通过使液压悬置变得更可调来进一步提高了液压悬置的性能。
　　发动机主动悬置系统低频时有较大刚度，高频时调整为低刚度，以此来到达隔离振动的目的。因为主动悬置使用传感器、控制元件和能量源，将使发动机主动悬置系统的质量增加，成本和能量消耗增加，并降低系统的可靠性。主动悬置系统的性能，经济性和可靠性需进一步改进。发动机主动悬置系统是新一代的发动机悬置。