CN105673771A - 一种切换型半主动发动机悬置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切换型半主动发动机悬置，包括悬置支架、橡胶主簧、惯性通道体、解耦膜片、底膜、底座和悬置状态切换装置，惯性通道体包括惯性通道上半体和惯性通道下半体，解耦膜片夹设固定在惯性通道上半体和惯性通道下半体间，解耦膜片与惯性通道下半体间形成解耦阻尼腔，惯性通道下半体中部设有与解耦阻尼腔连通的悬置状态切换通孔，底座腔体内设有悬置状态切换装置，悬置状态切换装置包括电磁动力装置和悬置状态切换顶杆，电磁动力装置通过推动悬置状态切换顶杆封堵或敞开悬置状态切换通孔切换发动机悬置的刚度阻尼状态。本发明采用悬置状态切换装置根据车辆发动机的不同工作状态调节悬置的减振性能，具有减振隔音效果好，适应性强的特点。

Description

一种切换型半主动发动机悬置

技术领域

本发明涉及一种发动机悬置，特别涉及一种切换型半主动发动机悬置，属于发动机悬置领域。

背景技术

汽车发动机悬置是汽车动力系统与车身之间的弹性减振连接系统，是影响整车NVH性能的关键因素。汽车动力总成通常分为横向布置和纵向布置两种，横向布置时，通常包括1个发动机悬置，1个变速箱悬置，1个或2个摆动支撑，纵向布置时，通常包括2个左、右布置的发动机悬置，和1个后置的变速箱悬置。悬置作为发动机与车身底盘弹性减振连接的重要部件，具有以下作用：⑴承受动力总成静态和动态载荷；⑵限制动力总成与相邻零件碰撞和干涉；⑶隔离由于动力总成惯性不平力产生的振动，隔离由于路面颠簸产生的造成的动力总成共振；⑷隔离动力总成由于燃料燃烧、活塞运动、齿轮运动等产生的噪音；⑸易于与相邻零件连接。发动机悬置的以上作用要求其结构和组件通常具有以下基本特点：⑴能够承受一定的静态和动态载荷；⑵具有实现减振阻尼功能的流体介质；⑶具有两个独立的腔室和连通这两个腔室的惯性通道，可供流体介质做阻尼流动；⑷结构具有良好的密封性能。液压发动机悬置应用于20世纪90年代，由2个充满液体的腔组成。经过几十年的发展，惯性通道—解耦膜式发动机悬置相对于传统的橡胶悬置，在低频大振幅激励(0～20Hz，±1mm)时表现出很大的阻尼特性，在高频小振幅激励(20～200Hz，±0.1mm)时表现出相对低很多的动刚度。随着人们对中高端轿车舒适性的要求越来越高，各主机厂和零部件供应商都致力于研发主动隔离动力总成振动的悬置。

发明内容

本发明切换型半主动发动机悬置公开了新的方案，采用悬置状态切换装置根据发动机的不同工作状态调节悬置的减振隔音性能，解决了现有的悬置无法根据发动机工作状态的变化调整自身减振隔音性能的问题。

本发明切换型半主动发动机悬置包括悬置支架、橡胶主簧、惯性通道体、解耦膜片、底膜、底座和悬置状态切换装置，橡胶主簧设在悬置支架内，橡胶主簧通过悬置支架固定在副车架上，惯性通道体包括惯性通道上半体和惯性通道下半体，惯性通道上半体和惯性通道下半体密封扣接形成惯性通道体整体，橡胶主簧与惯性通道上半体外侧密封扣接形成悬置上腔体，解耦膜片夹设固定在惯性通道上半体和惯性通道下半体间，解耦膜片与惯性通道下半体间形成解耦阻尼腔，惯性通道下半体中部设有与解耦阻尼腔连通的悬置状态切换通孔，底膜与惯性通道下半体外侧的悬置状态切换通孔外围部分密封扣接形成悬置下腔体，悬置上腔体通过惯性通道与悬置下腔体连通，底座罩设在底膜外侧形成可容纳底膜弹性变形的底座腔体，底座腔体内设有悬置状态切换装置，悬置状态切换装置包括电磁动力装置和悬置状态切换顶杆，电磁动力装置通过推动悬置状态切换顶杆封堵或敞开悬置状态切换通孔切换发动机悬置的刚度、阻尼状态。

本发明切换型半主动发动机悬置采用悬置状态切换装置根据车辆发动机的不同工作状态调节悬置的减振性能，在低频大振幅激励(0～20Hz，±1mm)时，表现出很大的阻尼特性，满足汽车行驶时大刚度大阻尼的要求，在高频小振幅激励(20～200Hz，±0.1mm)时，表现出足够低的动刚度，满足怠速时隔离发动机噪音和振动的要求，具有减振隔音效果好，适应性强的特点。

附图说明

图1是本发明切换型半主动发动机悬置的结构剖视示意图。

图2是橡胶主簧的结构剖视示意图。

图3是惯性通道体和解耦膜片的装配结构剖视示意图。

图4是底膜的结构剖视示意图。

图5是底座和悬置状态切换装置的装配结构剖视示意图。

图6是悬置在车辆行驶和怠速状态下的阻尼和动刚度性能曲线。

图1～5中，100是悬置支架，210是内骨架，220是外骨架，230是弹性橡胶体，311是导流凸棱，321是悬置状态切换通孔，410是缓冲凸起结构，420是解耦阻尼腔，530是弹性波浪状折叠结构，610是底座腔体，710是悬置状态切换顶杆。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明切换型半主动发动机悬置示意图。切换型半主动发动机悬置包括悬置支架、橡胶主簧、惯性通道体、解耦膜片、底膜、底座和悬置状态切换装置，橡胶主簧设在悬置支架内，橡胶主簧通过悬置支架固定在副车架上，悬置支架保护悬置的内部，限制内部橡胶主簧的位移，实现悬置和副车架的连接。本方案的橡胶主簧的作用主要有两个，其一是承受发动机的静、动态载荷，其二是起到类似泵吸活塞的作用，使得阻尼流体通过惯性通道在悬置的上、下腔室间做阻尼流动，从而消耗来自发动机的振动能量。在橡胶主簧发生频繁的往复形变过程中，其本身应当具备良好的耐疲劳性能以及耐龟裂、耐腐蚀、耐油性等特性，同时又必须具备一定的刚度，为了满足上述要求，本方案的橡胶主簧包括内骨架和固定包覆在所述内骨架上的弹性橡胶体，弹性橡胶体一端呈开口渐扩的中空喇叭口结构，橡胶主簧通过上述中空喇叭口结构与惯性通道上半体外侧密封扣接形成悬置上腔体。上述方案中，为了减轻橡胶主簧的动载荷，内骨架可以选用铝合金材料，同时弹性橡胶体可以采用天然橡胶或丁腈胶等物质。图2示出了内骨架的具体形状，内骨架上部中央设有连接通孔，用来与发动机连接，内骨架中部和中部的两侧设有空腔。为进一步加强橡胶主簧的抗疲劳形变的能力，本方案在上述弹性橡胶体一端外侧包覆有外骨架，橡胶主簧通过外骨架与悬置支架固定连接，内骨架、弹性橡胶体和外骨架通过硫化形成橡胶主簧整体。通过硫化工艺将内骨架，外骨架与橡胶体硫化成橡胶主簧，橡胶主簧是发动机悬置中载荷的主要支撑，内骨架与发动机支架连接，外骨架与悬置支架连接，并且橡胶体形成的空腔是承受阻尼流体的上腔室。发动机上下振动位移，导致橡胶体受到挤压，起到泵吸内部流体的作用。

本方案的惯性通道体包括惯性通道上半体和惯性通道下半体，惯性通道上半体和惯性通道下半体密封扣接形成惯性通道体整体。为了优化阻尼流体在悬置上、下腔间的流动方式，强化流动的阻尼效果，本方案采用了优化的解耦流道设计，使得阻尼流体吸收发动机振动的能力增强，具体是惯性通道上半体是中部设有解耦通道孔的圆环盘结构，上述圆环盘结构沿解耦通道孔的中轴线方向向下延伸呈外径渐缩的喇叭口形状，因此阻尼流质在从上向下流入时，流速减缓，流体内部压力增大，减振效果显著。在此基础上，为进一步优化阻尼流质的流动方式，减少流质的无序流动，增强阻尼以及减振的平稳性，本方案还在上述惯性通道上半体外侧的圆环盘结构表面上沿解耦通道孔的中轴线方向延伸设置有周向等间距排列的导流凸棱。图3示出了惯性通道体的具体结构，惯性通道体可以采用铝合金材料制成，从而具有质量轻、耐腐性能好的特点，惯性通道上半体与惯性通道下半体采用过盈配合紧扣结合形成环形惯性通道，橡胶主簧与惯性通道上半体外侧密封扣接形成悬置上腔体，解耦膜片夹设固定在惯性通道上半体和惯性通道下半体间，惯性通道上半体、解耦膜片和惯性通道下半体装配后构成流道系统，在发动机低频大振幅振动时，是实现发动机悬置良好大阻尼特性的关键部件，从而可以根据具体汽车性能要求，通过改变流道长度实现所要求的阻尼频率特性。本方案的解耦膜片的材质可以采用柔软的橡胶，解耦膜片位于悬置上腔体内一侧的表面上设有缓冲凸起结构，当车辆起动、停车、加速以及高速行驶状态下制动时，发动机悬置承受较大的动载荷，橡胶主簧变形较大，可能触及悬置内部部件，缓冲凸起结构有效缓解了上述可能产生的碰撞，保护悬置内部不受损坏。

本方案的解耦膜片与惯性通道下半体间形成解耦阻尼腔，惯性通道下半体中部设有与解耦阻尼腔连通的悬置状态切换通孔，底膜与惯性通道下半体外侧的悬置状态切换通孔外围部分密封扣接形成悬置下腔体，悬置上腔体通过惯性通道与悬置下腔体连通。图4示出了底膜的具体结构，即底膜包括底膜外环和套设在底膜外环内的底膜内环，底膜外环与底膜内环间设有弹性波浪状折叠结构，底膜外环与底膜内环通过弹性波浪状折叠结构连接形成底膜整体，底膜通过底膜外环和底膜内环与惯性通道下半体外侧的悬置状态切换通孔外围部分密封扣接形成悬置下腔体。橡胶主簧与底膜构成了悬置减振部分的主体，阻尼流体通过惯性通道在悬置上腔体与悬置下腔体间往复流动消耗发动机传递来的振动能量，底膜的弹性波浪状折叠结构可以采用易变形的柔软硫化橡胶材料，从而使其体积刚度明显小于橡胶主簧，以便于吸收悬置上腔体的体积变化。

底座罩设在底膜外侧形成可容纳底膜弹性变形的底座腔体，为了调节底膜弹性变形的幅度，缓和阻尼流体的冲击，本方案可以采用底座腔体是密闭的腔室结构，底座腔体内壁与底膜间充有空气阻尼，阻尼流体流入悬置下腔体后，底膜膨胀压缩上述空气阻尼从而缓和其膨胀的幅度。底座腔体内设有悬置状态切换装置，悬置状态切换装置包括电磁动力装置和悬置状态切换顶杆，电磁动力装置通过推动悬置状态切换顶杆封堵或敞开悬置状态切换通孔切换发动机悬置的刚度、阻尼状态。图5示出了底座与悬置状态切换装置的具体装配结构。为了提高发动机悬置根据车辆行驶状态的变化而自动切换自身阻尼状态的智能性，本方案的悬置状态切换装置还包括状态切换智能控制系统，状态切换智能控制系统包括发动机状态监测模块和悬置状态切换控制单元，发动机状态监测模块包括振动传感器、数模转换模块，发动机状态监测模块将监测得到的发动机振动参数发送给悬置状态切换控制单元，悬置状态切换控制单元根据收到的参数控制电磁动力装置通过推动悬置状态切换顶杆封堵或敞开悬置状态切换通孔切换发动机悬置的刚度、阻尼状态。进一步，为了提高系统的人性化和可控性，本方案在上述智能系统的基础上还可以引入外部监控系统，具体是状态切换智能控制系统还包括通信端口和人机界面，悬置状态切换控制单元将收到的参数经处理后通过通信端口发送到人机界面，驾驶员通过人机界面和通信端口发送外部指令给悬置状态切换控制单元，悬置状态切换控制单元根据收到的外部指令控制电磁动力装置通过推动悬置状态切换顶杆封堵或敞开悬置状态切换通孔切换发动机悬置的刚度、阻尼状态。上述方案涉及的电路、模块以及电子元器件均可以采用本领域惯常的选型和方案，也可以根据实际需要采用特别设计的方案。

在切换型悬置中，通过接收控制单元的信号，根据汽车工况(怠速或行驶)，调节顶杆位移，实现不同的刚度要求，同时可以保护底部橡胶膜片。车辆发动机处于停止熄火状态时，悬置仅承载动力总成的静态载荷，橡胶主簧受压产生静态形变，悬置内部的阻尼流体处于相对静止状态，悬置上、下腔体间基本没有引发形变的阻尼流体流动。车辆行驶时，电磁系统通过接收控制单元的信号，顶杆顶起将流道底部小孔封住，整个悬置类似于惯性通道-解耦膜液压悬置，整个悬置在0～20Hz，振幅±1mm时，刚度和阻尼变大，刚度及阻尼曲线如图6中曲线1和2所示。此时，悬置受到低频、大振幅的激励，橡胶主簧承受瞬变的往复载荷作用而产生基于形变的抽吸作用，当橡胶主簧被压缩，悬置上腔体体积减小，内部压力升高，将其内的阻尼流体通过惯性通道压入悬置下腔体，当橡胶主簧被拉伸，悬置上腔体体积增大，内部压力降低，悬置下腔体内的阻尼流体通过惯性通道被抽吸压入悬置上腔体，从而形成阻尼流体通过惯性通道在悬置上、下腔体间的往复流动，当阻尼流体流经惯性通道时，阻尼流体在惯性通道的出、入口处为克服惯性通道内流体的惯性而损失了流动的能量，从而消耗了发动机振动传递来的能量达到减振的技术目的。车辆怠速时，电磁系统通过接收控制单元的信号，顶杆下降将流道底部小孔打开，由于解耦膜片橡胶非常柔软，整个悬置在20～100Hz，振幅±0.1mm时动刚度非常低，刚度及阻尼曲线如图6中曲线3所示。此时，悬置受到高频、小振幅激励，惯性通道内流体惯性很大，阻尼流体来不及流动，悬置出现动态硬化现象，解耦膜片在流体作用下随动变形以适应悬置上腔室体积的变化，解耦通道内流质与解耦膜片高速振动，振动产生的能量在克服解耦通道内流质的惯性力时消耗殆尽。有效缓解了动态硬化现象。在上述过程中，悬置状态切换控制单元控制电磁动力装置驱动悬置状态切换顶杆封堵或敞开悬置状态切换通孔来调节解耦阻尼腔内流体的刚度，从而间接调节解耦膜片的刚度，使得悬置上腔室内阻尼流体的刚度增加或减小，最终调整(切换)了整个悬置的动刚度和阻尼状态，即顶杆封堵通孔，则悬置上腔室内流质刚度增大，悬置刚度阻尼增大，顶杆敞开通孔，则悬置上腔室内流质刚度减小，悬置刚度阻尼减小，从而实现了对悬置动态特性的半主动控制，提高了悬置的可控性和减振效果。

本方案的切换型半主动发动机悬置采用悬置状态切换装置根据车辆发动机的不同工作状态调节悬置的减振性能，在低频大振幅激励(0～20Hz，±1mm)时，表现出很大的阻尼特性，满足汽车行驶时大刚度大阻尼的要求，在高频小振幅激励(20～200Hz，±0.1mm)时，表现出足够低的动刚度，满足怠速时，隔离发动机噪音和振动的要求。采用特制的喇叭口形解耦通道优化阻尼流体的流动状态，强化了减振阻尼效果。采用组合使用的内外骨架强化橡胶主簧的弹性性能。采用状态切换智能控制系统控制悬置状态切换装置的运行，提高了系统的人性化智能化水平。基于以上特点本方案的切换型半主动发动机悬置相比现有的汽车悬置具有突出的实质性特点和显著的进步。

本方案的切换型半主动发动机悬置并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以单独存在，也可以相互包含，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。

Claims (10)

1.一种切换型半主动发动机悬置，其特征是包括悬置支架、橡胶主簧、惯性通道体、解耦膜片、底膜、底座和悬置状态切换装置，所述橡胶主簧设在所述悬置支架内，所述橡胶主簧通过所述悬置支架固定在副车架上，所述惯性通道体包括惯性通道上半体和惯性通道下半体，所述惯性通道上半体和惯性通道下半体密封扣接形成惯性通道体整体，所述橡胶主簧与所述惯性通道上半体外侧密封扣接形成悬置上腔体，所述解耦膜片夹设固定在所述惯性通道上半体和惯性通道下半体间，所述解耦膜片与所述惯性通道下半体间形成解耦阻尼腔，所述惯性通道下半体中部设有与所述解耦阻尼腔连通的悬置状态切换通孔，所述底膜与所述惯性通道下半体外侧的悬置状态切换通孔外围部分密封扣接形成悬置下腔体，所述悬置上腔体通过惯性通道与所述悬置下腔体连通，所述底座罩设在所述底膜外侧形成可容纳所述底膜弹性变形的底座腔体，所述底座腔体内设有所述悬置状态切换装置，所述悬置状态切换装置包括电磁动力装置和悬置状态切换顶杆，所述电磁动力装置通过推动所述悬置状态切换顶杆封堵或敞开所述悬置状态切换通孔切换所述发动机悬置的刚度、阻尼状态。

2.根据权利要求1所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述惯性通道上半体是中部设有解耦通道孔的圆环盘结构，所述圆环盘结构沿所述解耦通道孔的中轴线方向向下延伸呈外径渐缩的喇叭口形状。

3.根据权利要求2所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述惯性通道上半体外侧的所述圆环盘结构表面上沿所述解耦通道孔的中轴线方向延伸设置有周向等间距排列的导流凸棱。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述橡胶主簧包括内骨架和固定包覆在所述内骨架上的弹性橡胶体，所述弹性橡胶体一端呈开口渐扩的中空喇叭口结构，所述橡胶主簧通过所述中空喇叭口结构与所述惯性通道上半体外侧密封扣接形成悬置上腔体。

5.根据权利要求4所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述弹性橡胶体一端外侧包覆有外骨架，所述橡胶主簧通过所述外骨架与所述悬置支架固定连接，所述内骨架、弹性橡胶体和外骨架通过硫化形成橡胶主簧整体。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述解耦膜片的材质是柔软的橡胶，所述解耦膜片位于所述悬置上腔体内一侧的表面上设有缓冲凸起结构。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述底膜包括底膜外环和套设在所述底膜外环内的底膜内环，所述底膜外环与所述底膜内环间设有弹性波浪状折叠结构，所述底膜外环与所述底膜内环通过所述弹性波浪状折叠结构连接形成底膜整体，所述底膜通过所述底膜外环和底膜内环与所述惯性通道下半体外侧的悬置状态切换通孔外围部分密封扣接形成悬置下腔体。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述底座腔体是密闭的腔室结构，所述底座腔体内壁与所述底膜间充有空气阻尼。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述悬置状态切换装置还包括状态切换智能控制系统，所述状态切换智能控制系统包括发动机状态监测模块和悬置状态切换控制单元，所述发动机状态监测模块包括振动传感器、数模转换模块，所述发动机状态监测模块将监测得到的发动机振动参数发送给所述悬置状态切换控制单元，所述悬置状态切换控制单元根据收到的参数控制所述电磁动力装置通过推动所述悬置状态切换顶杆封堵或敞开所述悬置状态切换通孔切换所述发动机悬置的刚度、阻尼状态。

10.根据权利要求9所述的切换型半主动发动机悬置，其特征在于，所述状态切换智能控制系统还包括通信端口和人机界面，所述悬置状态切换控制单元将收到的参数经处理后通过所述通信端口发送到所述人机界面，驾驶员通过所述人机界面和通信端口发送外部指令给所述悬置状态切换控制单元，所述悬置状态切换控制单元根据收到的外部指令控制所述电磁动力装置通过推动所述悬置状态切换顶杆封堵或敞开所述悬置状态切换通孔切换所述发动机悬置的刚度、阻尼状态。