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橡胶衬套对汽车悬架系统NVH性能影响研究
李欣冉;陈晓新;王家恩;汪明磊
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2012(035)005
【摘要】文章研究了悬架系统在不同路面激励下的NVH性能,将工况分为路面随机激励和脉冲激励2类,根据路面形状,脉冲激励又分为三角形凸块和正弦形凹坑脉冲激励(考虑刹车作用)2种.橡胶衬套刚度对悬架NVH性能有很大的影响,采用有限元软件分析其特性.参考有关资料选定对悬架NVH性能影响较敏感的衬套,建立了考虑其影响的半车模型,对比不同模型的仿真结果可以看出,衬套有效改善了悬架的NVH性能.将模型仿真结果与道路模拟机测试结果进行对比,验证了仿真模型的准确性.
【总页数】5页(P581-584,643)
【作者】李欣冉;陈晓新;王家恩;汪明磊
【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009
【正文语种】中文
【中图分类】U467.493
【相关文献】
1.轿车悬架橡胶衬套对人体主观感受的影响研究 [J], 陈宝;张勇;雷刚
2.减振器支柱总成衬套对整车NVH性能影响的研究 [J], 徐劲力;郭园园;褚金丽
3.橡胶衬套动态力学特性对平顺性的影响研究 [J], 吴利广;李广;景立新
4.某MPV车型橡胶衬套对悬架系统的影响研究 [J], 姜宏霞
5.一种自润滑橡胶衬套及汽车悬架系统导向装置 [J],
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底盘橡胶衬套标准
一、衬套材料
底盘橡胶衬套应采用高弹性、高强度、耐磨损的橡胶材料制成，以确保其具有优良的减震性能和耐久性。
常用的橡胶材料包括天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶等。
二、衬套尺寸
底盘橡胶衬套的尺寸应符合设计要求，确保其在底盘上安装稳定，不会出现卡滞或松动现象。
衬套的直径、长度和厚度等参数应根据底盘结构和设计要求进行选择。
三、表面质量
底盘橡胶衬套的表面应光滑、平整，无气泡、划痕、裂纹等缺陷，以确保其在使用过程中不会对底盘的外观和使用性能产生影响。
四、刚度要求
底盘橡胶衬套的刚度应符合设计要求，以保证其在受到外力作用时能够保持稳定，不会产生过大的变形或损坏。
衬套的刚度可通过测试其弹性模量和泊松比等参数来评估。
五、耐久性
底盘橡胶衬套应具有优良的耐久性，能够长时间承受各种复杂的环境条件（如温度、湿度、氧化等）对其的影响，确保其在使用过程中不会出现明显的性能下降或损坏。
六、安装要求
底盘橡胶衬套的安装应简单易行，不需要特殊的工具或设备。
安装过程中应确保衬套与底盘的配合尺寸准确，避免出现卡滞或松动现象。
同时，安装时应遵循制造商提供的指导说明书，确保衬套的正确安装和使用。
七、安全性
底盘橡胶衬套应具有优良的安全性能，能够在车辆行驶过程中承受各种外力作用，如冲击、振动、摩擦等，而不出现脱落、断裂等现象，确保驾驶者和乘客的安全。
八、环保性
底盘橡胶衬套应采用环保型的材料和添加剂，以减少对环境的污染和资源浪费。
同时，在使用和报废处理过程中，应遵循相关法律法规和环保要求，确保衬套的安全和环保性能。
橡胶衬套刚度对悬架运动特性的影响分析摘要：论文通过ADAMS/insight分析了橡胶衬套对定位参数的灵敏度问题，为有针对性的设计衬套和悬架提供了依据。
关键词：橡胶衬套；悬架；ADAMS/insight在现代汽车的悬架导向机构连接处越来越多的使用了橡胶衬套，并且导向机构本身也采用了柔性较大的弹性体，大量研究表明，由这些构件形成的悬架系统综合力学特性对汽车的行驶平顺性、操纵稳定性、制动性等均有显著影响。
因此很有必要研究橡胶衬套刚度对悬架弹性运动学规律的影响[1]。
1 灵敏度函数为有效对悬架性能进行分析，需研究悬架系统函数对设计变量的敏感度。
参数灵敏度是系统的参数变化对系统动态性能的影响程度[1][2][3]。
若系统函数可导，在连续系统中其一阶灵敏度系统函数可表示为：(1)式中：—系统函数；—设计变量，;n—设计变量个数。
2 橡胶衬套参数和灵敏度分析在悬架结构尺寸、轮胎参数确定的条件下，橡胶衬套刚度的变化直接导致车轮定位参数的波动[4]。
论文中试验件为控制臂和橡胶衬套总成4个，分别为前摆臂、后摆臂、上摆臂和纵臂，表4.1给出了各个橡胶衬套的外形尺寸和连接对象,表4.2列出了1~7#橡胶衬套各方向的刚度值。
以试验测得的悬架模型中橡胶衬套1~7#六个方向的刚度为设计变量，通过ADAMS/insight来研究它们对车轮定位参数的影响。
为了方便起见，在灵敏度分析时，我们用衬套刚度的比例因子来代替设计变量。
此处所谓的比例因子，就是把原衬套的刚度值看作“1”，衬套刚度值变化后变为原来的r倍。
各设计变量的灵敏度分析结果，如图1所示。
(a)外倾角影响因素(b) 前束角影响因素图1 灵敏度分析结果图1是衬套对悬架定位参数灵敏度分析结果，其中Effect指的是某处坐标值变化引起的某参数的变化与该参数原值的比值，在这个过程中其他因素认为取其平均值。
Effect的值能很好的表现坐标值在扰动时引起的特性参数变化的情况。
从图1可以看出，7#、1#、5#衬套对外倾角、前束的影响较大。
5.4 悬架弹性橡胶衬套特性与设计5.4.1研究意义1 研究的意义随着时代的发展，近年来对汽车的要求是乘坐舒适，高速，操纵稳定，豪华。
并且加紧研究解决有关公害、安全措施和噪音问题。
随着这些问题的研究解决，汽车上用的弹性件的种类逐年增加，现在据说已达几百种之多。
虽然防振橡胶的种类因汽车的车系、车型、车种以及因悬挂机构的不同而多少有些差异，但其有代表性的主要种类可归纳为如图5.4.1。
用橡胶作防振材料的主要理由如下。
1)橡胶的弹性模量与金属相比非常小，隔离振动的性能优越。
2)橡胶是不可压缩性的物质，泊松比为0.5。
能在应力与变形之间产生时间延迟，具有非线性的性质，适合作防振材料使用。
3)防振橡胶本身不会诱发固有振动，出现冲击性的谐振现象。
4)具有能自由选择形状的优点，可适当选择三方向的弹簧常数比。
5)容易和金属牢固地粘结在一起，可使防振橡胶本身体积小，重量轻，其支撑方法也很简单。
6)安装后完全不需要给油和保养。
7)橡胶弹簧可通过不同的配方和聚合物来选择其阻尼系数。
8)能在形状不变的情况下改变其弹簧常数；或者在弹簧常数不变的情况下改变其形状，这也是它的优点。
悬架系统承受车体重量，防止车轮上下振动传给车身，抑制簧下的不规则运动，传递动力、制动力和操纵时的侧向力等，从而保证汽车能够正常行使。
悬架可分为独立悬架和非独立悬架两个大类，而且每一类型中又有多种具体型式。
一般前悬架系统和操纵系统及发动机系统有密切关系，前悬架系统的布置会直接影响到乘坐舒适性和操纵稳定性。
近年来，在轿车独立悬架系统的设计开发过程中，采用刚度相对较小的弹簧来提高车辆的乘坐舒适性，就必然导致动行程过大等现象，从而直接影响到车辆的转向系统。
前悬架系统振动与车身晃动、路面冲击、车轮摆振等现象相关，为防止上述各种振动，车辆悬架系统中使用了许多防振橡胶。
橡胶衬套最初在车辆悬架系统中的大量使用，得益于其无需润滑，维修保养简单，可以校正车辆组装时的对准定向，修正各种误差等优点，得到广泛应用。
扭力梁悬架有限元模态分析中的橡胶衬套动刚度赋值方法扭力梁悬架是一种常用的汽车悬架结构。
在其建模时，需要考虑各种因素，其中橡胶衬套动刚度的赋值方法是一个重要的问题。
橡胶衬套是在悬架结构中起到缓冲、减震和保护金属部件的作用，其特点是具有一定的弹性和阻尼。
在有限元模态分析中，橡胶衬套的动刚度与模态频率密切相关，因此其赋值对模态分析结果有着重要的影响。
橡胶衬套动刚度的赋值方法一般有以下几种：1. 等效法在等效法中，将橡胶衬套看作一个等效的弹簧-阻尼器件，它的动刚度根据实验数据进行确定。
这种方法适用于实验数据比较丰富的情况，可以得到较精确的结果，但是需要进行大量的试验和数据处理，工作量较大，而且可能存在不确定性。
2. 经验法经验法是根据工程经验和规范指导，将橡胶衬套的动刚度赋予一个经验值。
这种方法简单易行，适用范围广，但是精度有限，可能存在误差。
3. 逆推法逆推法是先假定橡胶衬套的动刚度值，然后通过模态分析计算得到的频率与实验值进行对比，逐步调整动刚度值，直到得到与实验值较为接近的结果。
这种方法可以在有限的实验条件下得到较精确的结果，但是需要计算复杂，运算量大。
综合以上几种方法，可以得到一个相对合理的橡胶衬套动刚度赋值结果。
但需要特别注意的是，由于橡胶材料的本身特性和环境影响，其动刚度随时间和温度的变化非常复杂，因此在实际应用中需要进行实时监测和修正。
在进行扭力梁悬架有限元模态分析时，橡胶衬套动刚度赋值的合理性和准确性是关键。
因此，需要针对不同的具体情况，合理选择方法，进行模拟计算和实验验证，从而得到最优的结果。
在选择橡胶衬套动刚度赋值方法时，需要考虑多方面的因素，如橡胶材料的特性、汽车悬架的结构和工作条件、实验条件等。
以下是一些对橡胶衬套动刚度赋值方法的实践经验和建议。
首先，对于不同的橡胶材料，其动刚度的变化规律也不同。
一般来说，硬度越高的橡胶衬套动刚度越大，而阻尼值则与材料本身有关。
因此在进行动刚度赋值时需要考虑材料的硬度、阻尼和温度等因素。
动力总成悬置系统的结构及类型一、悬置结构及发展历史常见的悬置类型按发展历程来分有橡胶悬置、液压悬置、半主动悬置、主动悬置。
见图1所示。
图1 悬置的结构、性能及发展历程二、橡胶悬置橡胶悬置按结构分，可以分为衬套型悬置，方块形橡胶悬置以及楔形橡胶悬置衬套型橡胶悬置的橡胶元件位于内外两个圆筒形的金属管(内芯和外管)之间，橡胶可以用于承受压力或剪力，或者二者兼而有之。
衬套型橡胶悬置按主簧结构的形状还可以分为八字形，一字型以及X 型（见图2）。
每种类型的衬套型悬置三向刚度比例不一样，适应不同的整车要求。
图2 衬套型橡胶悬置结构图方块形橡胶悬置主要用在前置后驱车的左右悬置上，形成一对V型悬置组，可以通过调整安装角度获得更好的整车状态下的解耦及频率分布效果（见图3）。
具体计算过程的可以参照我发表的在汽车技术杂志上论文《基于动力总成质心位移及转角控制的悬置系统优化设计》。
图3 V型布置悬置系统及块状橡胶悬置结构图楔形橡胶悬置的橡胶元件硫化在金属两侧，主要用于承受剪切力，通常用在前置后驱车的变速器悬置上。
图4展示了两种楔形悬置的结构。
在分析中对于拉得比较开得悬置可以作为两个悬置来计算，相当于又形成了一对V型悬置组。
图4 楔形橡胶悬置结构图三、液压悬置液压悬置按结构分为筒形液压悬置以及梯形液压悬置，一般美系和日系车用筒形液压悬置的较多，欧系喜欢用梯形液压悬置。
液压悬置内部布置有解耦盘/膜,以及形成惯性通道的流道板。
流道板和橡胶主簧之间形成上夜室，底膜（皮碗）与流道板之间形成下液室，用于存储液体。
筒形液压悬置为了降低高频动刚度硬化还装有节流盘。
具体结构见图5所示。
而梯形液压悬置由于结构的限制一般不设节流盘。
被动式液压悬置的发展一共历经了三代，这一部分内容将在后续的文章中做具体的阐述。
图5 筒形液压悬置结构图四、半主动悬置半主动悬置的控体系统由电子控制单元、电磁阀、带有活动阀的悬置主体构成（可以是橡胶悬置或液阻悬置）（见图6），其工作原理为：电子电子控制单元监控发动机转速并在怠速时发出信号开启电磁阀；电磁阀开启后，发动机进气歧管内的负压力促使勾当阀开启，打开节流孔。
驾驶室悬置衬套的作用
驾驶室悬置衬套是汽车悬挂系统中的一个重要组件，其主要作用包括：
1.减震：驾驶室悬置衬套通常是由钢圈和橡胶材料制成的，其中的
橡胶部分可以在受到外力时产生形变，从而吸收和隔离来自路面的震动。
这有助于提升车辆的乘坐舒适性和操控稳定性。
2.降噪：由于驾驶室悬置衬套可以吸收和隔离震动，因此它也能在
一定程度上减少因金属部件相互摩擦而产生的噪音，提升车辆的乘坐舒适性。
3.保护金属部件：驾驶室悬置衬套作为金属部件之间的连接件，可
以防止金属部件之间的直接接触，从而减少磨损和延长使用寿命。
总的来说，驾驶室悬置衬套在提升车辆乘坐舒适性和操控稳定性方面发挥着重要作用。
然而，随着车辆使用时间的增长和路况的影响，驾驶室悬置衬套可能会出现老化、磨损等问题，因此需要定期检查并及时更换，以保证其正常工作。
橡胶衬套对汽车悬架系统NVH性能影响研究作者：李欣冉， 陈晓新， 王家恩， 汪明磊， LI Xin-ran， CHEN Xiao-xin， WANG Jia-en，WANG Ming-lei作者单位：合肥工业大学 机械与汽车工程学院,安徽 合肥,230009刊名：合肥工业大学学报（自然科学版）英文刊名：Journal of Hefei University of Technology(Natural Science)年，卷(期)：2012,35(5)被引用次数：1次1.陈辉,徐小军,陈剑,范习民基于LabVIEW的汽车NVH测试分析系统设计[期刊论文]-合肥工业大学学报(自然科学版) 2008(3)2.严刚,夏顺礼,张欢欢,赵彬,吴刚某纯电动汽车车内噪声试验分析与识别[期刊论文]-合肥工业大学学报(自然科学版) 2011(9)3.熊建强,黄菊花,廖群轮胎气压对汽车振动噪声的影响[期刊论文]-噪声与振动控制 2011(3)4.丁渭平车内低频噪声与悬架特性参数的定量关系[期刊论文]-噪声与振动控制 2006(5)5.高晋,宋传学橡胶衬套刚度对悬架特性的影响[期刊论文]-吉林大学学报（工学版） 2010(2)6.陈无畏,李欣冉,陈晓新,王磊车辆悬架中高频振动传递分析与橡胶衬套刚度优化[期刊论文]-农业机械学报2011(10)7.胡培龙,上官文斌汽车悬架橡胶衬套静刚度设计方法[期刊论文]-机械设计 2011(3)8.严济宽机械振动隔离技术 19859.GB/T 4970-1996,汽车平顺性随机输入行驶试验方法10.陈杰平,陈无畏,祝辉,朱茂飞基于Matlab/Simulink的随机路面建模与不平度仿真[期刊论文]-农业机械学报2010(3)1.曲莉范,申丹华,张帮琴微车转向器安装座套刚度分析与研究[期刊论文]-汽车零部件 2014(08)2.李程祎,左曙光,段向雷考虑转矩波动的电动汽车悬架NVH性能参数优化[期刊论文]-汽车工程 2013(04)3.岳明玥,周一丹,马改深度混合动力汽车NVH问题的研究进展[期刊论文]-机械设计与制造 2015(02)引用本文格式：李欣冉.陈晓新.王家恩.汪明磊.LI Xin-ran.CHEN Xiao-xin.WANG Jia-en.WANG Ming-lei橡胶衬套对汽车悬架系统NVH性能影响研究[期刊论文]-合肥工业大学学报（自然科学版） 2012(5)。
悬架平顺和橡胶衬套设计空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，安装空气悬架的车辆可以获得理想的固有频率、减小整车的振动噪声、车轮动载荷小。
空气弹簧只能承受垂直载荷，所以空气悬架中必须设置导向机构。
导向杆系通过橡胶衬套柔性铰接，橡胶衬套具有各向异性的特点，其各向性能参数的匹配为悬架的精确设计提供可能，可以满足汽车不同方向上的特性要求。
关于橡胶衬套对汽车性能的影响，有限元分析、隔振等方面的研究很多，但结合具体车型分析其参数及优化对汽车性能影响的研究相对较少。
对于空气悬架的性能优化，相关研究的文献［1～4］常把橡胶衬套的优化与导向机构的结构优化分开进行，并且对橡胶衬套的优化往往只是进行其各向刚度优化而忽略其阻尼。
借助于多体动力学软件DMS/View 建立SX4187NT361K型号汽车四连杆非独立空气后悬架的虚拟样机模型并进行平顺性仿真实验，以车架质心位置响应的加权加速度均方根值作为平顺性评价指标。
在此基础上，以车架质心处垂向加权加速度均方根值最小为目标函数，建立该空气悬架的优化设计模型，对其进行试验设计分析以后，采纳序列二次规划(SQP)算法［5］对四连杆导向机构的结构参数及橡胶衬套的刚度与阻尼进行优化设计，得到与该车型所使用空气弹簧相匹配的导向机构和橡胶衬套，以进一步提高整车平顺性。
1多体动力学模型的建立汽车是一个复杂的多自由度“质量-刚度-阻尼”动力学系统，在建立动力学仿真模型时，模型参数的精度是影响模型分析精度的主要因素。
本文建模参数主要来自企业提供的Pro/E模型、试验及计算。
建模在满足工程需要的前提下，对实车结构进行了一些合理的简化，建模的假设条件有:1)坐标系的规定:x轴正方向为汽车前进的相反方向，y轴正方向为面向汽车前进方向指向汽车右侧的方向，z轴正方向垂直向上。
原点o取在汽车一轴中心线所在垂直平面、车架上翼面及汽车中心线所在的垂直平面的交点;2)除弹性元件、橡胶件和横向稳定杆外，其余零部件认为是刚体，忽略各运动副的间隙;3)不计动力传动系统的作用，汽车动力以车轮驱动的方式加在车轮中心的转动副上。
