液压衬套和橡胶衬套对整车舒适性影响分析

吴 罡，张 静，吴 澈

（奇瑞汽车股份有限公司 汽车工程技术研发总院，安徽 芜湖 241006）

随着人们对汽车乘坐舒适性要求的日益提高，如何改善汽车的舒适性能已经成为热点研究课题，悬架衬套是汽车悬架系统重要隔振元件，在悬架衬套中，液压衬套比传统橡胶衬套有更好的动态性能，能够起到更好的减振降噪的作用。

对比分析传统橡胶和液压衬套对整车舒适性能的影响，首先了解液压衬套工作原理，其次通过试验设备测量液压衬套、橡胶衬套的静态力学特性和动态力学特性，并通过ADAMS软件，搭 建整车仿真模型，并对整车模型进行平顺性仿真，对比分析静态刚度、动态刚度的改变对整车平顺性的影响。最后通过改制一台份Mulecar样车，将控制臂后点衬套作为单一变量，并通过主观评价、客观测量，评价液压衬套和橡胶衬套对舒适性的影响。

1 液压衬套结构和工作原理

液压衬套主要结构如图1所示，控制臂液压衬套包括外管、骨架、内管、流道板、中骨架、橡胶主簧及乙二醇水溶液等。

图1 衬套结构示意图

工作原理如图2所示，在原有结构基础上增加了两个液室和连接液室的惯性通道，当受到载荷时，内外管相对位置发生改变，两个液室变形，液体在惯性通道内来回流动。液体内部的内摩擦作用和液体与惯性通道的摩擦以及变截面、拐弯等节流损失，导致两液室压力不等。液体的来回流动消耗了大量的能量，起到隔振作用[1]。

图2 工作原理示意图

2 ADAMS动力学仿真

2.1 测量液压衬套、橡胶衬套参数

将竞品液压衬套和橡胶衬套放置于试验台上，静刚度测试条件：测试速度为10 mm/min，刚度取值范围为±500 N/mm。静态测试刚度如表1所示。动刚度测试条件：测试振幅为±0.1 mm，扫描频率为1～100 Hz，测试动态相位角和动刚度。动态性能如图3、图4所示。

图3 动态相位角@PP01

图4 动态刚度@PP01

表1 静态测试刚度参数

通过对比液压衬套和橡胶衬套的阻尼角和动刚度，液压衬套能提供较大的阻尼和低动刚度，即可实现低频减振。将试验测量衬套刚度，代入ADAMS衬套文件中，修改衬套刚度曲线[2]。

2.2 建立整车模型

ADAMS CAR 根据整车硬点坐标、各个模块的系统参数，对各个子模块进行建模。主要步骤如下：1）创建整车模型；2）调整质量参数；3）调整整车转动惯量；4）设置车轮通过路面；5）设置解算器和校正器。

整车模型如图5所示。本次仿真工况为减速坎工况，时速30 km/h。首先对橡胶衬套整车模型进行仿真，仿真完毕后，选择液压衬套进行整车模型仿真分析[3-4]。

图5 整车模型示意图

2.3 数据后处理

通过整车模型1（橡胶衬套）、整车模型2（液压衬套）依次通过减速坎30 km/h，测量前排X向加速度，前排Z向加速度如表2所示，曲线如图6、图7所示。

表2 加速度测量值

图6 整车Z向加速度

图7 整车X向加速度

在ADAMS后处理软件中，主要通过峰值和均方根（Root Mean Square, RMS）表征加速度。

由加速度Z向时域曲线来看，液压衬套对Z向冲击不是很敏感（图6）。由图7知，液压衬套对X向的冲击很敏感。

3 主观评价和客观测量

3.1 方案策划

首先基于公司一车型，将控制臂后点橡胶衬套，更改为液压衬套。其次将橡胶衬套组合（控制臂橡胶衬套1+副车架1）装配至一车型，将加速度传感器布置在座椅导轨处，采集加速度信号。按照试验标准进行主观评价。待评价完毕，更换成液压衬套组合（控制臂液压衬套2+副车架2），并再次进行主观评价。橡胶衬套组合如图8所示。液压衬套组合如图9所示。

图8 橡胶衬套组合结构示意图

图9 液压衬套组合结构示意图

主观评价主要考察一阶舒适性、二阶舒适性、冲击感对舒适性的影响。主观评价结果如表3所示[5]。

表3 主观评价

由表3知，液压衬套对一阶舒适性不敏感，对二阶舒适性略有改善，对冲击感有明显改善。主要体现在簧下质量跳动、平顺性、方向盘振动方面，前排冲击比较柔和，冲击声音品质有所提升。

3.2 客观测量

客观测量主要通过在座椅处布置加速度传感器，采集各个工况加速度信号完成。

3.3 数据处理

采用LMS软件，对采集加速度信号进行处理。一阶舒适性和二阶舒适性通过PEAK+RMS表征。PEAK为曲线的峰值，峰值指一个周期内，测试信号最高值和最低值之间的差值，即最大值和最小值之间的范围[6]。

RMS为曲线的均方根。

冲击感通过汽车平顺性（Vibration Dose Value, VDV）表征，单位为ms-1.75。

式中，αw(t)为加权加速度时间历程，m/s2；T为测量时间长度，s。

3.4 结论

从客观测量数据来看，通过液压衬套与橡胶衬套特征值测量数据对比，结果如表4所示。

表4 客观测量试验结果

1）一阶舒适性方面，液压衬套略差；

2）在二阶舒适性方面，液压衬套和橡胶衬套相当；

3）冲击感方面，液压衬套优于橡胶衬套；

4）冲击感方面，整车X向贡献率优于整车Z向贡献率。在铁条路30 km/h，整车X向冲击贡献率优于整车Z向。在减速坎30 km/h，整车X向冲击贡献率优于整车Z向。

4 总结

本文通过对液压衬套和橡胶衬套的理论分析，CAE整车方案，整车主观评价和客观测量，详细阐述了液压衬套对舒适性的影响。液压衬套对整车平顺的影响主要体现在冲感方面，整车X向和整车Z向均可感受到明显提升，尤其在典型工况：减速坎，时速30 km/h，整车X向VDV降低高达42.9%。