上期讲堂给大家详细分析了一波发动机悬置的知识，相信大家对其中的门道有了基本的了解，还没说完，本期讲堂，带大家研究一下，“隔壁老王”家的车用的是什么悬置件？到底是什么巧妙的结构让人坐起来这么舒服？来，《讲堂》继续跟你聊技术。

上一篇文章给大家讲了一下隔振的原理和悬置的设计，再结合今天这篇文章的内容，以后各位可以好好秀一波知识量储备了。好，话不多少，直奔主题。

之前主要讲了橡胶悬置，有一点补充的就是，悬置设计时，解耦设计和频率分布是从隔振角度提出的要求（概念不清晰的朋友请自行补习上一篇讲堂内容~），我们知道，除了隔振以外，悬置还要进行发动机极限工况的限位，也就是说你发动机不能在机舱内大幅度窜动，因此在具体的刚度设计时需要在不同的压缩或拉伸阶段（线性段、过渡段、限位段），设计出不同的刚度，这个在结构上进行巧妙的设计即可。一般其静载刚度设计成下图所示。

我们希望常用工况下，如怠速等工况，悬置工作在线性段，一些极限的工况可以工作在过渡段和限位段，这些工况的要求有专门的标准，也就是所谓的通用28工况，悬置设计时需要参考标准，基本可以保证设计出来的悬置问题不大。

好，事物的发展都有两面性，我们看到了橡胶悬置的结构简单成本低，但是它存在一个非常显著的缺点——动态硬化。

这里的动态硬化，是指橡胶的动刚度随着频率的增加而增加，就是上图描述的这种现象。所谓动刚度就是橡胶上施加动态载荷时的刚度，这个跟橡胶配方有关，一般动刚度为静刚度的1.4~1.6倍。我们知道，在追求以舒适性为主的轿车上，我们希望在路面冲击、发动机启动、转向、加速等低频大振幅激励工况下，悬置具有大刚度、大阻尼的特性，以更好的抵抗发动机的大幅度位移，同时可以衰减其振动的能量；当发动机转速拉高，产生高频小振幅的振动，我们希望此时悬置具有小刚度、小阻尼的特性，这样可以使悬置系统的固有频率远离激励频率，以实现更好的隔振，这个在上一篇文章隔振原理分析时已经跟大家讲过隔振原理了，没弄懂的朋友可以再回头看一下~

既然如此，我们从上面的图中可以看到，橡胶悬置显然是不能很好的满足要求的，因为随着频率的增加，其动刚度显著增加，出现动态硬化，这与我们想要的隔振是相违背的，而且纯橡胶悬置依靠内部分子的摩擦产生阻尼，效果有限，因此对于低频大振幅激励下，对发动机的保护效果一般。怎么办呢？液压悬置出现了！

上图就是目前应用最多的解耦膜—惯性通道式液压悬置，它主要包含了橡胶主簧、解耦膜以及惯性通道结构，上图结构看起来比较复杂，我将结合其工作原理图[1]给大家分析一下它是如何工作的。

当作用有低频大振幅振动时，除了橡胶主簧起作用外，液压悬置里面还装了液体，一般采用乙二醇，它会在惯性通道之间来回流动，形成一定的阻尼作用，实现低频的大阻尼效果，削弱振动的幅值。此时，由于腔室中液压油运动的频率低，解耦膜会靠向上下限位挡板的一侧，不起作用。随着激励频率的升高，惯性通道内的乙二醇流动出现阻碍，此时解耦膜开始发挥作用，在上下限位之间来回晃动，实际上可以理解为将液体搅动起来，这样就可以从一定程度上降低悬置的动刚度，起到在高频小振幅激励下，降低液压悬置动刚度的作用，因此，悬置的隔振性能得到改善。然而，随着频率的进一步升高，解耦膜的振动幅值减小，起不到降低动刚度的作用了，此时悬置依旧会出现高频硬化的现象，但是这种结构可以拓宽减振的频率范围，相较于橡胶悬置，它具有更好的隔振和限位特性。因此，目前液压悬置在乘用车上用的较多，成本低，只要不追求极致的效果，是可以满足消费者对于NVH的需求的。各位如果感兴趣，可以掀开引擎盖，看看自己的爱车是不是采用了液压悬置，观察一下结构，可以更好的理解本期讲堂的内容~

当然，由于液压悬置不需要外界的控制，也不需要任何能量的输入，因此称为被动式液压悬置。当然，工程师们对于技术的追求是无止境的，为了达到更好的隔振效果，后期又开发了半主动液压悬置，到底怎么个原理，咱们继续往后看~

前文已经分析过，纵使液压悬置效果不错，但是还是存在高频硬化，而且，对于咱们常用的工况，减振效果是不是还能进一步提升呢？好，咱们取长补短，首先充分发挥你液压悬置的优势，其次，工程师们在这个的基础上，加入控制的方法，实现在常用工况下的隔振降噪，比如怠速工况等，毕竟谁也不愿意在等红绿灯或者堵车的时候，方向盘一直抖个不停！好，先给大家介绍一款结构参数可调式的半主动悬置[2]。

这款半主动悬置的工作原理是什么呢？仔细观察我们发现，除了具备惯性通道和解耦膜以外，在解耦膜的下方设计了一个空气腔，空气腔通过一根细长的通道，接到电磁阀上，这个电磁阀是可控的，通过开关这个电磁阀，可以实现悬置解耦膜底部空气腔的开关，这两种不同的状态，对应的悬置的刚度是完全不同的。我们可以想象，当电磁阀工作时，也就是空气腔被封闭，此时液压悬置工作的时候，底部被封闭的空气具有一定的刚度，因此，悬置整体刚度上升，达到大刚度的目的。同理，电磁阀不工作时，解耦膜空气腔与大气连通，此时悬置刚度降低，实现小刚度的目的。

通过上面的操作，可以针对低频大振幅振动，电磁阀通电，限制发动机的大幅度位移；针对高频小振幅振动，电磁阀断电，实现小刚度小阻尼，进行良好的隔振。具体的要求可以根据汽车对于舒适性或操纵的要求进行控制策略的编写，这都是工程师们的任务了~

当然，半主动悬置可不仅仅只有这一种，还有比较有意思的电流变和磁流变半主动悬置，这种一般称为性能参数可调式半主动悬置。

所谓电流变半主动悬置，顾名思义，就是通过施加电场，控制电流变液的流动，而这种电流变液是一种智能材料，一般这种液体在半主动悬架减振器等隔振元件中应用的较多。这种液体的力学特性会随着电场的改变而改变，因此，当电流变液在悬置中的电极板的来回流动时，通过施加电场，就可以实现悬置刚度和阻尼特性的控制，进而实现减振降噪和限制发动机位移的功能。原理上其实不难，但是真正实现起来，要建立相应的数学关系，考虑材料特性等等，因此，技术难度上要比传统的液压悬置难的多。使用电流变半主动悬置效果究竟如何？请看下图。

横坐标是频率，纵坐标是振动位移的传递率。当对半主动悬置进行控制时，在低频率激励下的位移传递率大幅度减小，控制效果明显。但是随频率上升，效果将不再明显。因此，半主动悬置针对某些特定工况的控制，还是能取得很好的效果的。

当然，另外一种就是磁流变液半主动悬置，它将电流变液换成了磁流变液，将电场换成了磁场，通过改变控制电压，调整磁场强度，进而改变流体粘度，调整悬置刚度特性。上图是某型号磁流变液半主动悬置的剖视图，上面的线圈产生磁场，控制磁流变液的粘度，进而根据实际情况调整刚度和阻尼，改善悬置系统的隔振效果。当然，复杂的控制意味着更高的成本。

Porsche 911 GT3上应用的磁流变悬置，主要是考虑其操纵特性，在赛道上把悬置调硬，使其具有更好的动力响应。因此，有了这种控制，不仅仅是隔振降噪，还可以根据不同的工况进行调节。下面两幅动图就是911GT3入弯前后，磁流变减振器的控制过程。

除了这种针对特定工况进行刚度和阻尼调整的半主动悬置，有没有能够根据实际工况进行实时调整的悬置呢？控制频率更宽，改善效果更好的主动悬置了解一下！

所谓主动悬置，可以简单理解为，在悬置结构中设计作动器，通过控制作动器输出的力的大小，来抵消发动机产生的波动的力，进而保证振动不能传递给驾驶员，提高整车的NVH特性。主动悬置是为追求极致的乘坐舒适性或者操纵性能而开发的，它能够根据实时路况和驾驶工况进行随时调整。当然，其能耗和成本也最高。

主动悬置类型有很多，可以分为电磁式、压电式等等，这儿就给大家重点介绍一下电磁式的主动悬置。

本质上它是基于传统的液压悬置改进过来的，在解耦膜—惯性通道式液压悬置的下部，加装一个电磁作动器，作动器的作动端与悬置的解耦膜相连，通过控制悬置作动端的运动，进而引起解耦膜的振动，从而改变悬置的刚度和阻尼特性，产生的力与发动机激励力抵消，以达到更好的隔振效果。具体如何发挥作用，效果又如何，咱们直接看动图。

观察上图可知，低频振动时，主动悬置不发挥作用，可以看作为被动式液压悬置，由于振动频率较低，因此液体在惯性通道内可以来回流动，形成阻尼，并且具备一定的隔振效果。从波动曲线可以看出，振动依旧可以传递到副车架，只不过幅值被削弱，达到一定隔振效果。

随着激励频率的增加，在不启动主动控制的情况下，液压悬置出现高频硬化，液体不再在惯性通道内流动，此时隔振性能较差，振动由发动机传递到副车架；

主动模式打开时，作动器开始振动，根据控制算法计算需要的作动力，并控制作动器产生反作用力与发动机激励抵消，使得传递到副车架的振动几乎为0，达到最大的隔振效果。

主动悬置结构复杂，成本高，但是确实具有最好的减振降噪效果。当然，主动悬置还有其他的实现形式，其原理基本上都是相通的。

行文至此，关于动力总成悬置的知识，分上下两篇就给大家讲完了。相信大家看完这些内容，不禁会感叹汽车工程师们为了满足消费者对汽车性能的不同要求，做了太多的努力，为他们点个赞！当然，关于NVH的问题及解决方案还有许多，后续的文章会给大家一一讲解。下期讲堂，咱们不见不散！

注：文中gif所用视频来自网络

参考文献：

[1] Lee Y W , Lee C W . Dynamic analysis and control of an active engine mount system[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2002, 216(11):921-931.

[2] 杨慰, 史文库, 马利红, et al. 汽车动力总成液压悬置参数试验研究[J]. 汽车工程, 2014(7):894-898.

[3] Hong S R , Choi S B , Lee D Y . Comparison of vibration control performance between flow and squeeze mode ER mounts: Experimental work[J]. Journal of Sound & Vibration, 2006, 291(3):740-748.

[4] https://www.hindawi.com/journals/smr/2013/831017/fig19/

[5] https://www.contitech.de/en-gl/Solutions/Suspension-anti-vibration/Passenger-cars/Powertrain/Active-mount-system

[6] http://www.brakeandfrontend.com/tech-feature-active-motor-and-trans-mounts/

本文作者为踢车帮 杨仕祥