可變阻尼對汽車懸架系統振動性能影響分析

張凱，焦洪宇，王鵬

（常熟理工學院機械工程學院，江蘇常熟 215500）

可變阻尼對汽車懸架系統振動性能影響分析

張凱，焦洪宇，王鵬

（常熟理工學院機械工程學院，江蘇常熟 215500）

通過建立1/4懸架系統的理論數模，分析阻尼系數影響系統的幅頻特性.在不同的振動頻率范圍內，阻尼的相應變化將改善懸架系統的輸出性能.

汽車懸架；可變阻尼減振器；1/4懸架系統

減振器是車輛懸架系統的重要組成部件，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引起的振動，改善汽車行駛平順性，提高汽車操縱性和穩(wěn)定性.現代汽車懸架對液力減振器阻尼的調節(jié)一般是根據汽車負荷、行車狀態(tài)和路面條件控制調節(jié)減振器中節(jié)流口的流通面積，調整減振器阻尼力，改善非線性汽車懸架系統[1].在非線性汽車懸架系統的研究中，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]，同時具有電機驅動、壓電元件調節(jié)阻尼口通流面積來調節(jié)阻尼力和以磁流變液調節(jié)阻尼力的減振器懸架是汽車工程領域內的研究熱點[5,6].本文通過改變阻尼節(jié)流口流通面積的方式調節(jié)懸架阻尼系數，分析阻尼系數與懸架系統的關系.

1 減震器的結構

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構.活塞桿與活塞連接后插入筒內，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.油液通過節(jié)流孔時將產生阻尼，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活塞，移動活塞下部充滿高壓氮氣.在懸架上下振動時，減振器活塞上下移動，彈性系統的振動被減振器阻尼吸收.

2 阻尼系數與結構參數的關系

計算汽車減振器活塞阻尼的主要依據是液壓節(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；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動速度；δ為減振器阻尼系數；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，阻尼力與活塞運動速度的平方成正比例關系.

從式（2）可得

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

減振器的阻尼力與阻尼系數和速度的平方成比例關系.阻尼力變化范圍會隨著阻尼系數的變化而在寬闊的范圍內變化.

圖1 單筒充氣式減震器結構簡圖

3 阻尼系數與懸架系統的關系

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

坐標原點取在靜力平衡位置，系統的運動微分方程為

圖2 1/4懸架系統模型簡圖

此振動微分方程的解由自由振動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.

汽車懸架簧上質量的振動是周期衰減振動.阻尼對運動的影響取決于阻尼比ζ的大小.

如果ζ值小，振動衰減慢，不利于行駛平順性；ζ值大能使振動迅速衰減，但會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δ會在一定的范圍內變化.

4 阻尼與懸架系統的關系

5 結論

減振器的阻尼系數影響阻尼力的輸出，可以根據系統的振動來調整阻尼系數.車輛在不同的路面的激勵情況下，懸架系統的振動頻率會發(fā)生變化.在不同的頻段內，阻尼比的變化可以改善系統的振動輸出，阻尼比的變化是由減振器的阻尼改變來實現的.總之，減振器的可變阻尼系數能夠改善懸架系統的輸出性能.

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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

蘇州市科技局項目（SYG201102）.

張凱（1971—），男，黑龍江哈爾濱人，常熟理工學院機械工程學院副教授，研究方向：車輛EMC設計理論及應用，汽車安全性能技術.