CN102963450A - 一种复合式车用驾驶室悬置装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合式车用驾驶室悬置装置，属于车辆工程技术领域。需要突破传统工作原理，以化解传统悬置单元高、低频带隔振能力难以兼顾的矛盾，能够实现对共振峰值的选择性抑制。悬置装置弹性基体为分层结构，该层结构包括带周期布置凹槽的弹性基体层，以及设有充液型腔的中间层，气穴和充液型腔均为多层叠加构成，气穴以空间点阵形态，周期性地排布于由弹性基体层构成的固态基体中；对应于基体中部的呈放射状的充液型腔的每一放射方向的基体周边设有一个带质量块的悬臂。主要用于车辆驾驶室悬置。
Description
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，特别涉及驾驶室悬置技术领域。
背景技术
现阶段，随着人们环境意识的不断增强，车辆驾驶室内的声学与振动舒适性愈来愈引起广泛关注，已演变为重要的整车性能指标，成为技术竞争的新焦点。而作为重要的减隔振装置，驾驶室悬置广泛应用于各类中、重型汽车及工程机械中，对抑制驾驶室结构振动以及因结构振动而引发的声辐射起到了举足轻重的作用。
驾驶室悬置是指由弹性阻尼元件构成悬置单元，将驾驶室悬置于车架之上的振动控制系统。传统的车用驾驶室悬置单元，根据其所采用弹性元件的不同，可分为：金属弹簧悬置、空气弹簧悬置、液压悬置、橡胶悬置等。无论何种具体类型，其工作原理均单纯立足于经典振动理论的“质量——弹簧——阻尼器”模型，并由于实际车型驾驶室系统及其相关元件的质量分布、空间布置与运动关系存在诸多限制，制约了悬置单元有效作用频带的合理设置。具体体现为高、低频带隔振能力难以兼顾(现实情况下，往往是牺牲其高频隔振能力，这对车内声环境的改善更为不利)，同时难以实现对共振峰值的选择性抑制，无法满足车辆用户日益苛刻的声学与振动舒适性要求。可以预见，传统驾驶室悬置单元终将无法适应整车匹配的技术条件，突破传统工作原理对其实施革新势在必行。
陈言平的实用新型专利“一种重型卡车车身前悬置结构(201020542714)”，斯特范·德肖伊宁克的发明专利“座椅悬置装置(99811295)”，等等，其工作原理及结构型式均未脱离上述传统悬置单元的范畴。而陈源等人的发明专利“一种车用周期性阻尼结构及其减振降噪方法(200910061996.6)”，虽涉及声子晶体这一新型声学功能材料的应用，但与本发明相比，其仅以固相介质构造减振实体，且未考虑复式周期结构与缺陷态的利用。——这种结构型式及工作原理上的单一性，大大削弱了结构功能的多样性、集成性与可设计性。发明内容
本发明的目的是提供一种复合式车用驾驶室悬置装置，它能有效地解决悬置单元高、低频带隔振能力难以兼顾的问题。它将声子晶体能带结构理论引入到悬置单元的工作原理设计中，利用弹性波在周期介质中传播的禁带特性来达到 频带隔振的目的，并以气/液/固三相介质组分构造复式周期结构以实现高、低频带隔振能力的独立与灵活设计。另一方面，通过在周期介质中合理布置缺陷态以构成弹性波波导，引导振动能量以弹性波的形式传播至专设的动力吸振构造，从而实现对共振峰值的选择性抑制。
以期在车辆用户日益苛刻的声学与振动舒适性要求下，更好地适应整车匹配技术条件。具体需要解决以下三个方面的问题：
突破传统工作原理，提出一种全新的车用驾驶室悬置单元结构型式，以化解传统悬置单元高、低频带隔振能力难以兼顾的矛盾；
所提出的悬置单元结构型式，能够实现对共振峰值的选择性抑制；
所提出的悬置单元结构型式，具有较强的整体性，便于制造并免于特殊维护。
本发明通过如下技术构思达到其技术目的：
一种复合式车用驾驶室悬置装置，包括带固定螺栓的上连接板、带固定螺栓的下连接板和与下连接板接触的弹性基体层，其特征在于：悬置装置弹性基体为分层结构，该层结构包括带周期布置凹槽的弹性基体层，以及设有充液型腔的中间层，气穴和充液型腔均为多层叠加构成，气穴以空间点阵形态，周期性地排布于由弹性基体层构成的固态基体中；对应于基体中部的呈放射状的充液型腔的每一放射方向的基体周边设有一个带质量块的悬臂。
所述的气穴深度为弹性基体层高度的五分之一。
该结构是将多个具有一定气体压力的气穴构造以空间点阵的形态周期性地排布于由弹性材料构成的固态基体中，气穴的缺位即意味着空间点阵的缺陷，并在基体中部置入一个呈放射状的充液型腔，对应于每一放射方向的基体周边则交联上一个质量块。其中，由弹性基体、气穴区、气穴缺位区及充液型腔组成了隔振构造的主体，其实质是一种具有缺陷态的三维声子晶体。而各质量块与其相应气穴缺位区则构成了动力吸振器。显然，利用声子晶体对振动弹性波的“禁带”效应即可达到隔振目的，且这种“禁带”更容易在相对较高的频带实现。另一方面，这里的声子晶体缺陷态构型具有相对高效的弹性波传递能力，即形成了“波导”，能够将大部分的振动弹性波能量引导、分频至相应的动力吸振器，而放射状充液型腔的置入旨在进一步强化这种“波导”效能。进而，由各个动力吸振器分别实现针对不同共振峰值的选择性抑制。而当这些共振峰值相对集中、连续地分布在一定频带范围内时，各个峰值抑制的效果叠加就呈现 为连续频带范围内的振动吸收，且更易在低频带实现。当然，弹性基体本身的弹性、阻尼也具有一定的缓冲、减振效能；
为满足不同频带的隔振要求，须对气穴区中气穴的几何构形、排布方式及气体压力进行关联设计与调整；
为获得足够的隔振频带宽度，或满足多频带隔振的需求，气穴区中的气穴排布须由不同周期的点阵形态衔接而成，即组成复式结构的三维声子晶体；
为有效实现对振动弹性波能量的引导、分频，须对气穴缺位区与充液型腔的几何构形进行关联设计与调整；
为实现共振峰值的选择性抑制，须合理确定单个质量块的质量大小。必要时，还须调整与其相应的气穴缺位区连接部位的几何构形，从而获得所需连接刚度。另一方面，为实现连续频带范围内的振动吸收，须对频带范围内连续分布的一系列共振峰值加以抑制，这就要求合理确定质量块的个数及分布，并须对充液型腔的几何构形做相应调整；
必要时，可在气穴区的部分或全部气穴中填充粉体材料，形成约束性粉体阻尼(一般使用SiO2粉末)结构，在确保声子晶体构造与性能特征的同时，控制和改善弹性基体的阻尼性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
综合利用带缺陷态声子晶体的“禁带”与“波导”效应，并结合动力吸振原理，实现对高、低频带振动抑制性能的相对独立与灵活设计，从而有效化解了传统悬置单元高、低频带隔振能力难以兼顾的矛盾；
将声子晶体“禁带”隔振、动力吸振等振动抑制机理与传统悬置单元的弹性隔振、阻尼减振机理相结合，较之传统悬置单元具有更强的振动抑制能力与可设计性；
由于声子晶体“禁带”隔振机理的引入，可以非常方便地实现对高频振动的隔离，从而更有利于抑制因结构振动而引发的声辐射，进而改善车辆驾驶室内的声学环境、提高其声学舒适性，这是传统悬置单元难以做到的；
由于动力吸振机理的引入，可以非常方便地实现对共振峰值的选择性抑制，这是传统悬置单元难以做到的；
将多种隔振机理(工作原理)有机结合并高度集成于具有较强整体性的悬置单元构造，便于制造，易于布置、安装，并免于特殊维护；
本发明兼具良好的振动抑制性能和对高、低频带振动抑制的兼顾能力，并同时实现对共振峰值的选择性抑制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的正视剖视图。
图2为图1的A-A视图。
图3为本发明实施例中的弹性基体层4的俯视图。
具体实施方式
实施例
图1-3示出，一种复合式车用驾驶室悬置装置，包括带固定螺栓9的上连接板8、带固定螺栓1的下连接板2和与下连接板2接触的弹性基体层3，其特征在于：悬置装置弹性基体为分层结构，该层结构包括带周期布置凹槽的弹性基体层4，以及设有充液型腔6的中间层5，气穴10和充液型腔6均为多层叠加构成，气穴10以空间点阵形态，周期性地排布于由弹性基体层4构成的固态基体中；对应于基体中部的呈放射状的充液型腔6的每一放射方向的基体周边设有一个带质量块7的悬臂。
气穴10深度为弹性基体层4高度的五分之一，气穴10的部分或全部凹槽中填充粉体材料。
其中：
弹性基体层3材料选择气密性、耐水性、耐油性良好的合成橡胶；
气穴10中密闭一定压力的氮气；
弹性基体可全部由橡胶弹性基体层4构成，
中间层5的周边交联有四个质量块7，其质量大小各不相同；
充液型腔6也具有四个放射方向；
在邻近悬置下连接板2的弹性基体层3排气，气穴10中填充SiO2粉末11，填充体积占70％的气穴10空间。
该结构是将多个具有一定气体压力的气穴10构造以空间点阵的形态周期性地排布于由弹性材料构成的固态基体中，气穴10的缺位即意味着空间点阵的缺陷，并在基体中部置入一个呈放射状的充液型腔6，对应于每一放射方向的基体周边则交联上一个质量块7。其中，由弹性基体、气穴区、气穴缺位区及充液型 腔组成了隔振构造的主体，其实质是一种具有缺陷态的三维声子晶体。而各质量块7与其相应气穴10缺位区则构成了动力吸振器。显然，利用声子晶体对振动弹性波的“禁带”效应即可达到隔振目的，且这种“禁带”更容易在相对较高的频带实现。另一方面，这里的声子晶体缺陷态构型具有相对高效的弹性波传递能力，即形成了“波导”，能够将大部分的振动弹性波能量引导、分频至相应的动力吸振器，而放射状充液型腔的置入旨在进一步强化这种“波导”效能。进而，由各个动力吸振器分别实现针对不同共振峰值的选择性抑制。而当这些共振峰值相对集中、连续地分布在一定频带范围内时，各个峰值抑制的效果叠加就呈现为连续频带范围内的振动吸收，且更易在低频带实现。当然，弹性基体本身的弹性、阻尼也具有一定的缓冲、减振效能；
为满足不同频带的隔振要求，须对气穴区中气穴10的几何构形、排布方式及气体压力进行关联设计与调整；
为获得足够的隔振频带宽度，或满足多频带隔振的需求，气穴区中的气穴10排布须由不同周期的点阵形态衔接而成，即组成复式结构的三维声子晶体；
为有效实现对振动弹性波能量的引导、分频，须对气穴缺位区与充液型腔的几何构形进行关联设计与调整；
为实现共振峰值的选择性抑制，须合理确定单个质量块的质量大小。必要时，还须调整与其相应的气穴缺位区连接部位的几何构形，从而获得所需连接刚度。另一方面，为实现连续频带范围内的振动吸收，须对频带范围内连续分布的一系列共振峰值加以抑制，这就要求合理确定质量块的个数及分布，并须对充液型腔的几何构形做相应调整；
必要时，可在气穴区的部分或全部气穴中填充粉体材料，形成约束性粉体阻尼(一般使用SiO2粉末)结构，在确保声子晶体构造与性能特征的同时，控制和改善弹性基体的阻尼性能。
Claims (3)
1.一种复合式车用驾驶室悬置装置，包括带固定螺栓(9)的上连接板(8)、带固定螺栓(1)的下连接板(2)和与下连接板(2)接触的弹性基体层(3)，其特征在于：悬置装置弹性基体为分层结构，该层结构包括带周期布置凹槽的弹性基体层(4)，以及设有充液型腔(6)的中间层(5)，气穴(10)和充液型腔(6)均为多层叠加构成，气穴(10)以空间点阵形态，周期性地排布于由弹性基体层(4)构成的固态基体中；对应于基体中部的呈放射状的充液型腔(6)的每一放射方向的基体周边设有一个带质量块(7)的悬臂。
2.根据权利要求1所述的一种复合式车用驾驶室悬置装置，其特征在于：气穴(10)深度为弹性基体层(4)高度的五分之一。
3.根据权利要求1所述的一种复合式车用驾驶室悬置装置，其特征在于：气穴(10)的部分或全部凹槽中填充粉体材料。
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