薛玉斌，張宗斌，孫曉幫，王宏偉，王祥（.錦州立德減振器有限公司，遼寧 錦州 007；.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 00）

基于AMESim浮動活塞式限位減振器建模及仿真分析

薛玉斌1，張宗斌2，孫曉幫2，王宏偉2，王祥2
（1.錦州立德減振器有限公司，遼寧 錦州 121007；2.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

在研究浮動活塞限位減振器結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立浮動活塞限位減振器的數(shù)學(xué)模型，利用AMESim平臺建立其的等效模型，并進(jìn)行仿真分析，該減振器的特性曲線表明在接近復(fù)原行程終點(diǎn)處產(chǎn)生了附加阻尼力，該附加復(fù)原阻尼力起限位緩沖作用。利用減振器示功機(jī)對浮動活塞限位減振器進(jìn)行示功特性試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比對，驗(yàn)證了基于AMESim的模型的正確性。

浮動活塞；減振器；AMESim；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.036

CLC NO.: U463.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-99-03

引言

汽車懸架決定和影響著車輛的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性，而汽車的行駛過程是隨路面和車速而變化的隨機(jī)振動過程[1]。目前汽車上浮動活塞液壓限位減振器采用的限位緩沖結(jié)構(gòu)，能在最大復(fù)原行程處產(chǎn)生較大附加阻尼力，起到良好的緩沖作用[2]。但針對浮動活塞液壓限位減振器的仿真和試驗(yàn)尚處在初級階段。

本文針對麥弗遜懸架的浮動活塞式液壓限位減振器，進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理進(jìn)行分析，通過仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證減振器的阻尼特性。

1、浮動活塞限位減振器的結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理

浮動活塞限位減振器是在普通液壓減振器活塞桿3上限位緩沖墊7的左側(cè)增加了襯套1和浮動活塞2。

在復(fù)原行程，限位緩沖墊7與浮動活塞總成（圖1中1、2、3組成浮動活塞總成）相接觸時（此時浮動活塞上通孔會被限位緩沖墊7遮擋住一部分，形成小孔節(jié)流），活塞桿繼續(xù)向復(fù)原方向移動，限位座緩沖墊7帶動浮動活塞總成并壓縮限位彈簧4向?qū)蚱?0的方向移動?；钊苿拥浇咏畲髲?fù)原行程時，浮動活塞總成上腔空間減小、油壓升高，上腔油液在壓力的作用下通過浮動活塞2的孔隙與限位緩沖墊7形成小孔節(jié)流，而產(chǎn)生一種附加復(fù)原阻尼力，該附加復(fù)原阻尼力值起限位緩沖作用。隨著速度的增加，附加復(fù)原阻尼力增大，緩沖作用增強(qiáng)。

在壓縮行程，浮動活塞在限位彈簧4的張力作用下沿著活塞桿壓縮的方向運(yùn)動。工作缸下腔的油液通過固定活塞的常通孔回流到工作缸中、上腔，補(bǔ)充中、上腔空間。由于限位彈簧的簧絲直徑小，彈簧剛度小，只是能夠滿足浮動活塞回位，所以在此過程中對壓縮的阻尼力影響很小，可以忽略不計(jì)。

圖1　浮動活塞限位減振器雙活塞結(jié)構(gòu)圖

2、浮動活塞限位減振器數(shù)學(xué)模型

在建立數(shù)學(xué)模型過程中，忽略了油溫、油液可壓縮性、氣體與油液的相容性以及活塞環(huán)與工作缸之間的泄露等因素[3]。

2.1復(fù)原行程數(shù)學(xué)模型

在復(fù)原行程，由工作缸中腔流入工作缸下腔的油量為：

由工作缸上腔流入工作缸中腔的油量為：

由貯油腔流入工作缸下腔的油量為：

油液由工作缸中腔經(jīng)過活塞復(fù)原閥常通孔和閥片變形形成的環(huán)狀縫隙進(jìn)入下腔，產(chǎn)生的流量為：

式2.1、2.2、2.3、2.4中，Ah為活塞有效面積（m2）；Ag為活塞桿面積(m2)；A2為閥片變形形成的縫隙面積(m2)；P1為復(fù)原行程時固定活塞上腔的壓強(qiáng)（MPa）；P2固定活塞下腔的壓強(qiáng)（MPa）；Am為閥體節(jié)流孔面積（m2）；Af為浮動活塞有效面積（m2），Cd為油液流量系數(shù)。

通過補(bǔ)償閥由貯油腔流入工作缸下腔的油量為：

式2.5中，An為補(bǔ)償閥節(jié)流孔面積(m2)；P3為貯油腔壓強(qiáng)（MPa）。

通過浮動活塞孔由工作缸上腔流入工作缸中腔的油量為：

Ak為浮動活塞孔節(jié)流面積(m2)；Cd1為流經(jīng)浮動活塞孔處油液流量系數(shù)[4]。

根據(jù)流量連續(xù)性原理得：

減振器復(fù)原阻尼力公式如2.8所示：

由式2.7得P1、P2、P4帶入式2.8得減振器的阻尼力如2.9所示：

2.2壓縮行程數(shù)學(xué)模型

由減振器工作機(jī)理可知，浮動活塞在壓縮行程幾乎不起作用，因此忽略附加阻尼力。

壓縮行程中，由工作缸下腔經(jīng)過流通閥流入工作缸中、上腔的流量為：

由工作缸下腔經(jīng)過壓縮閥常通孔流入貯油腔的流量為：

（2.10）（2.11）式中Al為流通閥的面積(m2)；Avc為壓縮閥常通孔的面積(m2)。

根據(jù)流量連續(xù)原理可得：

壓縮行程中阻尼力公式為：

由式（2.12）求出P2、P1代入（2.13）可得阻尼力公式為：

3、基于AMESim的建模與仿真

3.1基于AMESim的等效模型

AMESim是一種多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真集成平臺，可以創(chuàng)建和運(yùn)行多物理場仿真模型，以分析復(fù)雜的系統(tǒng)特性。基于AMESim的建模與仿真是流體分析的重要手段之一。本文根據(jù)實(shí)體的液壓限位減振器在AMESim中進(jìn)行建模，得到的液壓限位減振器液壓等效模型如圖2所示。

圖2　浮動活塞減振器模型圖

3.2仿真結(jié)果及分析

某浮動活塞限位減振器的復(fù)原閥閥片組由一個有六槽開口的閥片與兩個0.15mm厚的圓片組成，浮動活塞小孔直徑分別為 0.15mm。將各部分參數(shù)輸入模型中進(jìn)行仿真，得到正弦激振最大速度vmax=0.1m/s、0.3m/s、0.6m/s三種工況下示功仿真特性圖如圖3所示。

圖3　浮動活塞減振器示功仿真特性圖

由圖3所示的示功仿真特性圖可以看出：

（1）在復(fù)原位移約為15mm～48mm范圍內(nèi)，該減振器產(chǎn)生了附加復(fù)原阻尼力，在復(fù)原位移為26mm左右時，附加復(fù)原阻尼力最大。

（2）附加復(fù)原阻尼力隨著激振速度的增加而增大，在v=0.6m/s時，附加復(fù)原阻尼力大于復(fù)原阻尼力。

4、試驗(yàn)驗(yàn)證

通過試驗(yàn)對比，驗(yàn)證仿真的正確性。在室溫條件下，利用減振器示功機(jī)進(jìn)行正弦激振和測試，得到 vmax=0.1m/s、0.3m/s、0.6m/s三種工況下的減振器示功圖如圖4所示。

圖4　減振器多工況示功圖

由圖3和圖4可以看出：

（1）試驗(yàn)曲線在復(fù)原位移約為18mm～48mm范圍內(nèi)，產(chǎn)生了附加復(fù)原阻尼力，在復(fù)原位移為30mm左右時，附加復(fù)原阻尼力最大。試驗(yàn)曲線形狀與仿真特性曲線相似度較高。

（2）試驗(yàn)附加復(fù)原阻尼力也隨著激振速度的增加而增大，各工況下的復(fù)原阻力試驗(yàn)值與仿真值對比如表1所示，仿真誤差不大于38%。

表1　各工況下的復(fù)原阻力試驗(yàn)值與仿真值對比

5、結(jié)論

通過對浮動活塞限位減振器建立AMESim仿真模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，并將仿真結(jié)果與性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得到如下結(jié)論：

（1）浮動活塞限位減振器在復(fù)原行程接近終點(diǎn)處產(chǎn)生附加復(fù)原阻尼力，隨著激振速度的增大，附加復(fù)原阻尼力增大，緩沖限位作用明顯。

（2）經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，基于AMESim的浮動活塞限位減振器仿真模型具有一定的正確性。

[1] 杜朋.客車平順性仿真與試驗(yàn)研究[D].河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.

[2] 陳雙,梁海林,王一臣.液壓限位緩沖結(jié)構(gòu)在汽車減振器上的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2013(12):29-31.

[3] 楊帆.液壓限位結(jié)構(gòu)在某軍用越野車輛上的應(yīng)用.[D]吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.

[4] 李惠彬,孫振蓮,金婷譯.減振器手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.

Modeling and Simulation of Floating Piston Limit Shock Absorber Based On AMESim

Xue Yubin1, Zhang Zongbin2, Sun Xiaobang2, Wang Hongwei2, Wang Xiang2
( 1.Jinzhou Leader Shock Absorber Co., Ltd., Liaoning Jinzhou 121007; 2.Auto & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )

On the basis of researching the structure and working principle of floating piston limit shock absorber, a mathematical model of floating piston limit shock absorber is established, AMESim platform is used to establish the equivalent model of shock absorber, the characteristic curve of the shock absorber shows that additional damping force is produced near the end of the rebound stroke, the additional damping force plays a limiting and damping role. Shock absorber dynamometer machine is used to test the indicator feature of floating piston limit shock absorber, the correctness of the model based on AMESim is verified by comparing the text results with the simulation results.

Floating piston; shock absorber; AMESim; Simulation

U463.3

A

1671-7988（2015）12-99-03

薛玉斌，就職于錦州立德減振器有限公司。