CN102465994A

CN102465994A - 动力吸振器及包括该动力吸振器的汽车方向盘

Info

Publication number: CN102465994A
Application number: CN2010105449254A
Authority: CN
Inventors: 张秉虎; 黄灿银; 张丹军; 刘青
Original assignee: SHANGHAI LUOSHI DAMPING PARTS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI LUOSHI DAMPING PARTS CO Ltd
Priority date: 2010-11-15
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-05-23

Abstract

本发明公开了一种动力吸振器，所述动力吸振器包括：一质量块，若干弹性部件和一连接支座，所述质量块由所述弹性部件连接于所述连接支座上。本发明的动力吸振器能有效地降低汽车怠速工况时方向盘的振动，提高了驾驶员的舒适感。而且无需对整个转向系统结构进行改变，避免了叠加共振的出现。此外，该动力吸振器的通用性良好，只需对吸振器的参数稍加修改就能使其适用于不同的车，结构简单，价格低廉。

Description

动力吸振器及包括该动力吸振器的汽车方向盘

技术领域

本发明涉及减振器技术领域，特别是涉及一种动力吸振器，以及采用该动力吸振器的汽车方向盘。

背景技术

随着消费者对汽车舒适性要求的提高，汽车厂商将更多的研究力量投入到改善汽车的NVH(Noise，Vibration and Harshness)特性上。目前，由于汽车发动机振源引起了局部振动，各种款式各种品牌的汽车都或多或少存在着怠速工况方向盘抖动的问题，因此如何降低方向盘的振动成为了关注的热点。

通常需要对方向盘进行模态实验分析，并对各辆汽车的转向系统结构逐一进行改变。这样一方面会增加企业的生产成本；另一方面怠速时方向盘的振动峰值对应的频率在20Hz-30Hz之间，要想避开此频率，就需要改善转向系统的六阶模态。

从理论上看，降低方向盘的重量或增加转向管柱的厚度能够达到降低方向盘振动的目的。然而，根据公式

如果频率增加25％，要求质量降低或者刚度增加56％，这将引起连锁反应，从而增加整车分析改造的难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中汽车方向盘在怠速工况下抖动严重的缺陷，提供一种动力吸振器，该动力吸振器安装于汽车方向盘内，可以在不改变转向系统结构的情况下能够有效地吸收怠速状态下方向盘的振动，达到改善汽车的NVH的效果。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种动力吸振器，所述动力吸振器包括：一质量块，若干弹性部件和一连接支座，所述质量块由所述弹性部件连接于所述连接支座上。

较佳地，所述弹性部件为硫化橡胶块。硫化后的橡胶块内形成空间立体结构，具有较高的弹性、耐热性、拉伸强度和在有机溶剂中的不溶解性等优越性能。

较佳地，所述质量块通过所述硫化橡胶块与所述连接支座交联。所述交联是指用交联剂使2个或者更多的分子分别偶联，从而使这些分子结合在一起。这是一个线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体形高分子的过程。这里采用所述交联的方式可以保证连接的牢固度。

较佳地，所述质量块的质量根据公式

计算，其中：f_s为吸振器的固有频率，δ为阻尼系数，k为吸振器刚度；且公差小于等于所述质量块质量的2％。

本发明提供的另一种技术方案为：一种汽车方向盘，所述汽车方向盘包括所述的动力吸振器。

本发明的积极进步效果在于：

1、避免了对整个转向系统结构的更改。

2、通过修改吸振器参数可以实现对不同汽车的方向盘的吸振，效果明显，通用性好。

3、结构简单，易于制作，成本低。

4、质量块与薄片黏结强度高，吸振器与方向盘固定方式可靠。

附图说明

图1为本发明动力吸振器的原理图。

图2为本发明动力吸振器的结构的侧视图。

图3为本发明动力吸振器安装于汽车方向盘内的示意图。

图4为本发明动力吸振器固有频率测试曲线图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明的动力吸振器是一种利用共振系统吸收物体的振动能量以减小物体振动的设备。动力吸振器可分为无阻尼吸振器和有阻尼吸振器。

无阻尼吸振器的原理是：在振动物体上附加质量弹簧共振系统，这种附加系统在共振时产生的反作用力可使振动物体的振动减小。当激发力以单频为主或频率很低时，不宜采用一般隔振器，而动力吸振器特别有用。这种情况下，如附加一系列的这种吸振器，还可以抵销掉不同频率的振动。

如图1所示，整个系统由质量m₁的振动物体和弹簧k₁组成主系统，由质量量m₂的振动物体和弹簧k₂组成附加系统，即吸振器。

图1中：m₁是振动物体的质量(千克)；m₂是动力吸振器的振动质量(千克)；k₁为振动物体的劲度(牛顿/米)；k₂为动力吸振器的劲度(牛顿/米)；x₁为振动物体的位移(米)；x₂为动力吸振器的位移(米)；F₁是物体所受的振动力(牛顿)。

以下通过公式推理来解释无阻尼吸振器的原理，整个系统的运动方程可以表示为公式(1)：

令x₁(t)＝X₁ sin wt，x₂(t)＝X₂ sin wt并将其带入公式(1)中，得出方程的解，以公式(2)来表示：

\begin{matrix} X_{1} = \frac{(k_{2} - m_{2} w^{2}) F_{1}}{(k_{1} + k_{2} - m_{1} w^{2}) (k_{2} - m_{2} w^{2}) - k_{2}^{2}} \\ X_{2} = \frac{k_{2} F_{1}}{(k_{1} + k_{2} - m_{1} w^{2}) (k_{2} - m_{2} w^{2}) - k_{2}^{2}} \end{matrix}\}

由公式(2)可以得到主系统的固有频率：

w = w_{n} = \sqrt{\frac{k_{1}}{m_{1}}},

吸振器的固有频率，以公式(3)表示：

w_{a} = \sqrt{\frac{k_{2}}{m_{2}}},

静变形量，以公式(4)表示：

x_{st} = \frac{F_{1}}{k_{1}},

吸振器与主系统质量比，以公式(5)表示：

a = \frac{m_{2}}{m_{1}} .

将公式(3)、(4)和(5)代入公式(2)，得到振动物体和动力吸振器的位移，以公式(6)表示：

\begin{matrix} X_{1} = \frac{[1 - {(w_{n} / w_{a})}^{2}] x_{st}}{[1 + a {(w_{a} / w_{n})}^{2} - {(w_{a} / w_{n})}^{2})] \times [1 - {(w_{a} / w_{n})}^{2}] - a {(w_{a} / w_{n})}^{2}} \\ X_{2} = \frac{x_{st}}{[1 + a {(w_{a} / w_{n})}^{2} - {(w_{a} / w_{n})}^{2})] \times [1 - {(w_{a} / w_{n})}^{2}] - a {(w_{a} / w_{n})}^{2}} \end{matrix}\}

由公式(6)可以得出：当w_a＝w_n时，X₁＝0，即主系统的振幅为零。

事实上，任何吸振器的原理都相同，工程上只要设计吸振器的固有频率与工作机器的固有频率相差很小(一般在5％内)，就能达到降低系统振动的目的。

常规吸振器都是有阻尼的，其固有频率可以有公式(7)来计算确定。

公式(7)：

f_{s} = \sqrt{1 - ζ} \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k}{m}}

通过以上分析可以得到：对于不同的汽车，只要满足f_s＝f_n(其中f_s为吸振器的固有频率，f_n为振源对应的固有频率)，就能达到降低振动的效果。汽车怠速状态下振源对应的频率f_n可以测得，而吸振器的固有频率f_s可通过改变吸振器的刚度k、阻尼系数ζ和质量m来确定。

在理解动力吸振器的原理的基础上，即可按照该原理设计出有效的动力吸振器，以下结合附图详细说明。

如图2所示，本发明动力吸振器由质量块1、连接支座2和硫化橡胶块3组成。质量块通过硫化橡胶块3与连接支座2交联。硫化后的橡胶块3内形成空间立体结构，具有较高的弹性、耐热性、拉伸强度和在有机溶剂中的不溶解性等优越性能。

所述交联是指用交联剂使2个或者更多的分子分别偶联，从而使这些分子结合在一起。这是一个线型或支链型高分子链间以共价键连接成网状或体形高分子的过程。这里采用所述交联的方式可以保证连接的牢固度。

如图3所示，连接支座2上开有的连接孔，这样动力吸振器即可通过螺栓固定安装在汽车方向盘里面。当非工作时，动力吸振器在质量块重力作用下处于自由状态；而当工作时，吸振器与激励源产生共振，作简谐运动。

其中，质量块1和连接支座2连接后整体的形状与汽车方向盘内对应的安装位置相匹配，即质量块1和连接支座2的形状按具体情况定，可体通过模具注塑成型。

这里我们选择比亚迪的M6车型为例。在M6进行试车时发现方向盘怠速时抖动异常。通过振动诊断确定其在X方向(以整车坐标系为参考)的某一频率振动峰值比较大，而在Y和Z方向没有明显的峰值。这就要求动态吸振器吸收振动的功能主要体现在X方向，因此，设计吸振器时确保其安装在方向盘X方向的固有频率与方向盘抖动厉害时的激振频率一致。

由图3可知，将吸振器布置于方向盘4与转向管柱5连接处靠近方向盘内的部位。为保证连接的可靠性，螺丝通过吸振器的薄片上的小孔与方向盘连接。在汽车怠速状态下，由于吸振器的固有频率(X方向)与方向盘的激励频率一致，产生共振，这样吸振器就吸收了在该频率段的振动。

图4为本发明动力吸振器固有频率测试曲线图，表示对动态吸振器的性能进行测试的情况。

采用锤击激励法对吸振器进行固有频率的测试。将动力吸振器固定在1.2吨刚性平台上，加速度传感器固定于动态吸振器上表面上。用带有力传感器的力锤敲击动力吸振器上表面中间的激励点位置时，动力吸振器受到脉冲激励而产生振动，该振动信号由响应测点上的加速度传感器拾取。

然后，将激励力信号和加速度响应信号分别送至各自的电荷放大器放大。而后，将放大后的信号送分析仪分析(实时分析)。经分析仪分析处理后，即得到动力吸振器三个方向的幅频曲线，根据这些幅频曲线可以得到动态吸振器的固有频率。

如图4所示，横坐标表示动态吸振器的频率，纵坐标为加速度(通常用自由落体加速度g来描述)。它刻画了振动加速度响应与频率的关系，振动加速度最大值对应的频率代表导致共振时的频率，也就是吸振器的固有频率。经测试，样件X方向的固有频率为23.44Hz。

综上所述，本发明的动力吸振器能有效地降低汽车怠速工况时方向盘的振动，提高了驾驶员的舒适感。而且无需对整个转向系统结构进行改变，避免了叠加共振的出现。此外，该动力吸振器的通用性良好，只需对吸振器的参数稍加修改就能使其适用于不同的车，结构简单，价格低廉。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种动力吸振器，其特征在于，所述动力吸振器包括：一质量块，若干弹性部件和一连接支座，所述质量块由所述弹性部件连接于所述连接支座上。

2.如权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述弹性部件为硫化橡胶块。

3.如权利要求2所述的动力吸振器，其特征在于，所述质量块通过所述硫化橡胶块与所述连接支座交联。

4.如权利要求1所述的动力吸振器，其特征在于，所述质量块的质量根据公式

5.一种汽车方向盘，其特征在于，所述汽车方向盘包括权利要求1-4任意一项所述的动力吸振器。