張凱，焦洪宇，王鵬

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

可變阻尼對(duì)汽車懸架系統(tǒng)振動(dòng)性能影響分析

張凱，焦洪宇，王鵬

（常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟 215500）

通過建立1/4懸架系統(tǒng)的理論數(shù)模，分析阻尼系數(shù)影響系統(tǒng)的幅頻特性.在不同的振動(dòng)頻率范圍內(nèi)，阻尼的相應(yīng)變化將改善懸架系統(tǒng)的輸出性能.

汽車懸架；可變阻尼減振器；1/4懸架系統(tǒng)

減振器是車輛懸架系統(tǒng)的重要組成部件，汽車上使用的減振器主要是筒式液力減振器，其作用是衰減由于彈簧系統(tǒng)引起的振動(dòng)，改善汽車行駛平順性，提高汽車操縱性和穩(wěn)定性.現(xiàn)代汽車懸架對(duì)液力減振器阻尼的調(diào)節(jié)一般是根據(jù)汽車負(fù)荷、行車狀態(tài)和路面條件控制調(diào)節(jié)減振器中節(jié)流口的流通面積，調(diào)整減振器阻尼力，改善非線性汽車懸架系統(tǒng)[1].在非線性汽車懸架系統(tǒng)的研究中，目前集中在非線性阻尼、變剛度、輪胎非線性、非線性控制等方面[2-4]，同時(shí)具有電機(jī)驅(qū)動(dòng)、壓電元件調(diào)節(jié)阻尼口通流面積來調(diào)節(jié)阻尼力和以磁流變液調(diào)節(jié)阻尼力的減振器懸架是汽車工程領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)[5,6].本文通過改變阻尼節(jié)流口流通面積的方式調(diào)節(jié)懸架阻尼系數(shù)，分析阻尼系數(shù)與懸架系統(tǒng)的關(guān)系.

1 減震器的結(jié)構(gòu)

普通乘用車常用的是筒式液力減振器.圖1所示是單筒充氣式減振器的結(jié)構(gòu).活塞桿與活塞連接后插入筒內(nèi)，活塞上下腔充滿黏性液壓油，活塞上有節(jié)流孔，使得上下腔中的油液互相流動(dòng).油液通過節(jié)流孔時(shí)將產(chǎn)生阻尼，節(jié)流孔越小、油的黏度越大，阻尼力越大.減振器筒的下部裝有浮動(dòng)活塞，移動(dòng)活塞下部充滿高壓氮?dú)?在懸架上下振動(dòng)時(shí)，減振器活塞上下移動(dòng)，彈性系統(tǒng)的振動(dòng)被減振器阻尼吸收.

2 阻尼系數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

計(jì)算汽車減振器活塞阻尼的主要依據(jù)是液壓節(jié)流原理[7-9].阻尼節(jié)流口的流量為

式中：Cd為閥口流量系數(shù)；x為閥口開度；A(x)為閥口過流面積；ρ為液壓油密度.

減振器阻尼力為

式中：υ為減振器活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度；δ為減振器阻尼系數(shù)；B為液壓缸有效工作面積.

上式表明，如果阻尼器節(jié)流孔通流面積確定后，阻尼力與活塞運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比例關(guān)系.

從式（2）可得

由（3）式知，減振器的阻尼系數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸、油液密度、流量系數(shù)和節(jié)流孔有關(guān)，且與節(jié)流口流通面積的平方成反比關(guān)系.阻尼系數(shù)的大小可通過調(diào)整節(jié)流孔的流通面積來改變.

減振器的阻尼力與阻尼系數(shù)和速度的平方成比例關(guān)系.阻尼力變化范圍會(huì)隨著阻尼系數(shù)的變化而在寬闊的范圍內(nèi)變化.

圖1 單筒充氣式減震器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 阻尼系數(shù)與懸架系統(tǒng)的關(guān)系

下面建立1/4懸架系統(tǒng)非線性系統(tǒng)振動(dòng)模型[10,11].圖2中m是車身質(zhì)量，K為彈簧剛度，δ為減振器阻尼系數(shù)，q為路面的不平度.

坐標(biāo)原點(diǎn)取在靜力平衡位置，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為

圖2 1/4懸架系統(tǒng)模型簡(jiǎn)圖

此振動(dòng)微分方程的解由自由振動(dòng)齊次方程的解和非齊次方程特解的和組成.

其中C1、C2由初始狀態(tài)確定.

汽車懸架簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng).阻尼對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響取決于阻尼比ζ的大小.

如果ζ值小，振動(dòng)衰減慢，不利于行駛平順性；ζ值大能使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把不平路面的沖擊力傳到車身.為了使減振器阻尼效果更好，又不傳遞大的沖擊力，阻尼系數(shù)δ會(huì)在一定的范圍內(nèi)變化.

4 阻尼與懸架系統(tǒng)的關(guān)系

5 結(jié)論

減振器的阻尼系數(shù)影響阻尼力的輸出，可以根據(jù)系統(tǒng)的振動(dòng)來調(diào)整阻尼系數(shù).車輛在不同的路面的激勵(lì)情況下，懸架系統(tǒng)的振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生變化.在不同的頻段內(nèi)，阻尼比的變化可以改善系統(tǒng)的振動(dòng)輸出，阻尼比的變化是由減振器的阻尼改變來實(shí)現(xiàn)的.總之，減振器的可變阻尼系數(shù)能夠改善懸架系統(tǒng)的輸出性能.

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Variable Damping of the Automobile Suspension System Vibration Performance Impact Analysis

ZHANG Kai,JIAO Hong-yu,WANG Peng

(School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

Variable damping affects the vibration of the suspension system performance,the change of shock absorber and the output of the shock absorber damping characteristics.The suspension system of components elastic vibration will decay quickly.Through the establishment of a quarter of the suspension system theory,damping coefficient model analysis affects the system frequency response.In the different vibration frequency range, the corresponding variation of damping will improve the suspension system output performance.

automotive suspension;variable damping shock absorber;1/4 suspension system

TH123

A

1008-2794（2011）10-0091-04

2011-09-16

蘇州市科技局項(xiàng)目（SYG201102）.

張凱（1971—），男，黑龍江哈爾濱人，常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院副教授，研究方向：車輛EMC設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用，汽車安全性能技術(shù).