摘要：
摘要：发动机主动控制悬置是解决提高环保性能、降低燃耗要求与降低汽车振动噪声、满足发动机高水平振动控制的要求之... 摘要: 发动机主动控制悬置是解决提高环保性能和降低油耗的要求与降低车辆振动和噪声之间矛盾的重要途径，满足高水平的发动机振动控制要求。 本文主要讨论了发动机主动控制的基本理论基础和常用的主动控制悬置技术，并指出发动机主动控制悬置是未来发动机悬置的主要研究方向。
轻量化车身、稀薄燃烧技术发动机、发动机怠速点火等先进技术在一定程度上解决了日益严格的车辆燃油经济性和环境排放问题。 然而，在提高环保性能、降低油耗的同时，也直接或间接地与降低车辆振动和噪声的要求相冲突，很大程度上恶化了车辆的振动特性，严重影响了车辆的乘坐舒适性。 大量理论研究和实验表明，发动机振动噪声已成为车辆振动噪声的主要组成部分，其特点是振源多、频带宽、形状复杂。 减少发动机振动的传递是解决这一矛盾的最有效途径。
汽车振动与噪声控制逐渐成为汽车设计者需要解决的首要问题。 因此，对于隔离发动机振动和噪声向车辆传递的关键部件发动机悬架（支架）的设计要求越来越高。 主动控制是满足发动机高水平振动控制的重要研究方向，已成为降低车内振动和噪声、减少汽车噪声对环境污染的重要项目。
01主动控制悬架基本理论基础
往复活塞内燃机结构复杂，气缸运转不连续，往复惯性力和气体力均具有宽带周期性激振特性，内燃机振动具有多激振源的特点且频率范围宽。 按振动形式分为整机激励型、轴系激励型和结构激励型。 此外，内燃机中还有许多板壳结构和悬臂安装件。 这些结构固定安装在内燃机的外部承载结构上。 它们在运行过程中受到机构振动的激发。 当激励频率与这些部件的固有频率一致时，就会发生局部共振。 ，增加内燃机的噪音水平。 这些振动会损害设备的性能，降低可靠性和使用寿命； 对环境造成噪声污染，扰乱其他设备的工作，恶化操作人员的工作条件，降低工作效率，严重影响系统的整体性能。
控制发动机振动的方法有很多，但随着车辆舒适性和降噪要求的提高，主动振动控制已成为主要研究方向。 主动控制又称主动控制，利用外界提供的能量作为控制振动或抵消振动影响的重要手段。 主动控制技术是振动理论与控制论相结合，利用计算机、测试技术等手段对发动机振动进行主动控制的技术。 控制。
评价发动机隔振装置隔振效果的参数主要采用传力效率，即隔振装置传递到基础的传递力幅值FT与传递到振动的力F0之比TA隔离装置[1]。
通过分析传力效率曲线可以得出以下结论：当ω/ωn时，随着阻尼系数的增大，传力效率TF减小； ω/ωn≥，随着阻尼系数增大，传力效率TA增大。 因此，可以通过主动改变阻尼系数来控制传力效率TA，从而为悬架的主动控制提供理论基础。
02主动控制悬架的结构特点及发展历程
主动安装通过执行器直接产生动态力，以抵消因路面不平整而从发动机传递到车身和发动机的振动力。 理论上可以使振动响应达到零，从而获得最佳的隔振效果。
在主动控制悬架出现之前，存在一种性能优于被动悬架的半主动控制悬架。 然而，几乎所有半主动悬架的动态响应对系统的结构参数都很敏感，并且需要严格的设计要求和制造。 有技术保证，半主动悬架一般用于提高车辆低频减振性能，无法满足车辆多种工况下的减振降噪要求。 为了提高车辆的乘坐舒适性，主动悬架逐渐成为汽车设计师的研究热点。
主动悬架一般由被动液压悬架、执行器、传感器和控制机构组成。 被动液压安装用于在低频执行器发生故障时支撑发动机。 在高频下，执行器快速响应控制信号并提供有功功率以衰减高频振动。 因此，主动悬架系统在低频时具有更高的刚度和更大的阻尼，可以快速消除发动机的较大振动； 它在高频时具有较低的刚度和较小的阻尼，用于隔离高频噪声，可以有效提高车辆的乘坐舒适性。
该公司已将主动控制液压悬置应用于全轮驱动车辆的4缸发动机上，并取得了满意的效果。 1988 年，格拉夫等人。 设计了一种使用液压执行器的主动悬架。 悬置利用液压泵的压力驱动液体在悬置上下液室之间流动，使作用于上液室的支撑反力叠加并抵消施加在其上的发动机不平衡扰动力。 实验表明，使用该悬置后，汽车动力总成系统的振动和噪声较被动悬置降低了5～10dB。
德国研究人员于1994年研究了带有电磁执行器的主动液压悬架。研究和测试结果表明，该系统可以将驾驶员右耳处的声压降低至少10dB。 1995年，日本研究人员等发表了一篇文章，介绍了压电陶瓷执行器在主动发动机悬置中的应用。 他们利用压电陶瓷的逆压电效应，在电压作用下产生位移。 但压电促动器输出的位移很小，仅适用于发动机的高速段。 低频振动和噪声问题仍然无法解决。
丰田在其汽车上大量采用了主动控制液压悬架系统。 2002年，韩国YW-Lee将电磁执行器与液压悬置的解耦板连接，形成执行活塞，直接驱动液压悬置中的液体，从而改变悬置的动刚度，减少振动。 振幅。 当直列4缸发动机怠速时（频率为25Hz），实验测试的传动力可以衰减到接近于零。
加拿大MS利用形状记忆合金的形状记忆效应，设计了形状记忆金属主动悬架。 这种悬架利用形状记忆金属的特性来改变液压悬架的主弹簧刚度，从而提高悬架的隔振性。 特征。
日本五十铃公司采用电磁执行器和液压悬置的组合来主动控制重型柴油发动机的振动。 结果表明，在20～30Hz范围内，传输力可衰减25～46dB。
吉林大学的郑瑞庆等人提出了一种电致伸缩执行机构的液压悬置。 本研究中的主动悬置在原有被动悬置的基础上进行了改进。 其原理是将电致伸缩陶瓷叠片串联在被动悬架上，作为主动控制执行器，隔离发动机励磁产生的简谐振动。 同时，原有的被动液压悬置主要用于隔离发动机瞬态工况引起的低频振动和路面不平整激励引起的振动[2]。
03 发动机主动安装执行器的主要形式及原理
发动机主动悬置执行器是主动控制系统中的核心部件和重要环节。 执行器对控制信号做出快速响应，并提供主电源以衰减高频振动。 低频时具有更高的刚度和更大的阻尼，可以快速消除发动机的较大振动； 它在高频下具有较低的刚度和较大的阻尼。 采用较小的阻尼来隔离高频噪音，可以有效提高车辆的乘坐舒适性。 从目前比较成熟的执行器的发展和应用来看，执行器主要有电磁型、压电型和电致伸缩型。
3.1 压电陶瓷促动器
这种类型的执行机构应用最广泛。 压电执行器是利用压电材料的逆压电效应，通过施加外部电场将电能转换成机械能的装置。 压电陶瓷促动器响应快，适应频率范围广，对温度变化不敏感。 但其位移较小，约为几微米； 所需的驱动电压较高，约为100至300V。 压电陶瓷促动器有两种类型，一种是薄膜型，另一种是叠层型。 前者粘结在结构表面，产生弯矩，控制结构振动； 后者为结构提供控制力以控制振动。
3.2 电致伸缩陶瓷微执行器
电致伸缩陶瓷微执行器利用陶瓷的电致伸缩效应来工作。 电致伸缩效应是指电介质在电场作用下诱发极化而产生的应变，该应变与电场方向无关。 应变的大小与电场的平方成正比。 上述效果可以表示为：
S=ME2(3)
式中：M为电致伸缩系数，m2/V2； E为电场强度，V/m； S 是应变。
3.3 形状记忆合金执行器
形状记忆合金是具有形状记忆功能的材料。 所谓形状记忆效应是指合金发生较大变形（一般可达6%～7%）后，如果施加一定的温度超过相变温度，变形就会消失。 合金可以恢复到原来的形状。 SAM的变形量与其形状和预变形有关。 在允许变形范围内，预变形越大，变形量越大。 但由于SAM受到热传导的限制，温度逐渐升高，因此响应速度较慢。
3.4 磁致伸缩材料执行器
磁致伸缩材料是智能材料的一种。 与常用的压电材料和形状记忆合金相比，具有响应速度快、应变大、工作频率范围宽、驱动电压低等优点。
磁致伸缩材料在外部磁场的作用下会改变尺寸和体积。 它们具有良好的抗冲击性，可以提高更大的控制力，并且在小电流产生的磁场中具有良好的线性度和稳定性。 对电场变化的响应能力。 磁致伸缩材料致动器的位移在几十微米量级。 磁致伸缩材料作动器不仅可以承载负载，还可以产生驱动作用； 它既可以用作智能隔振器，也可以用作智能减振器。
电流变液（简称ERF）是指在绝缘液体介质中连续添加细小固体颗粒而形成的悬浮液。 在电场的作用下，液体会表现出明显的固态特征，当电场去除时，液体又会恢复到原来的特性。
电流变流体的流阻随着施加电场的电压的变化而变化，从而实现连续、可逆的控制。 再加上其高可靠性和对控制信号的快速响应，电流变液可以解决工程领域的许多问题。 虽然流体可以在3到5毫秒内从静止状态转变为活动状态，但反向转换需要更长的时间，这严重限制了此类阻尼器的有用频率范围并阻止了流体振动。 主要因素广泛应用于主动控制。
3.5 液压执行机构
液压执行机构由液压缸和伺服阀组成。 它能以相对较小的结构尺寸产生较大的位移和较大的力。 但需要专门的液压系统，容易产生噪音； 并在伺服阀输入电压和执行器的力或位移输出之间产生非线性。 另一个需要特别注意的问题是伺服阀应尽可能靠近执行器安装，以尽量减少性能下降，特别是在频率高于 20Hz 时。 液压执行器在车辆主动悬架和直升机机舱主动振动控制中得到了很好的应用[3]。
3.6 气动执行器
气动执行器的工作原理与液压执行器相同，只不过气动执行器的工作介质是空气。 气动执行器的优点是它们可以与使用相同气源的被动空气弹簧控制器并行使用。 然而，由于空气的可压缩性，气动执行器的带宽较低（<10Hz）。 气动执行器已广泛应用于轨道车辆主动悬架中[3]。
04 结论
发动机主动悬置技术的研究还不是很成熟，成本较高，其性能和可靠性有待进一步提高。 但随着控制技术和加工技术的提高，主动挂载必将成为新一代挂载系统的核心。 发展方向。
