微型商用車減振器阻尼匹配計算

鐘彬，伍初東

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545000；2.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410205）

引言

汽車減振器是懸架系統(tǒng)中的重要部件，能有效地衰減簧上和簧下質(zhì)量的振動，提高車輛行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。在車輛中，應(yīng)用最多的是筒式液壓減振器，其阻尼力主要是由減振器閥系參數(shù)決定的。對于不同車輛類型或同一車輛的前、后輪都需要不同的阻尼特性的減振器。

1 減振器外特性解析

工程上減振器外特性曲線大致可以用三段線性特性來描述[1]：開閥前、開閥后、開閥至最大，如圖1所示：

1）OK段——反映車輛在較好的路面運行，路面低頻激勵工況，確保平順性要求的減振器阻尼匹配要求。K點稱為開閥點，OK段的開閥阻尼系數(shù)可視為減振器常通孔節(jié)流，開閥點通常是在規(guī)范速度 0.2～0.3m/s下選擇的，因此定義0.3m/s為減振器阻力值大體接近外特性第一個線性段的阻尼系數(shù)。

2）KK′段——反映車輛在中間行駛頻區(qū)工況下所需要的減振器匹配阻尼，兼顧平順性和安全性德需要，一般實施軟阻尼，因此該段阻尼變得較小。這個工況下的激振頻區(qū)的高限已接近車輪共振區(qū)，但尚未達到車輪共振區(qū)。

3）K′K″段——減振器中的閥開度達到最大，再次形成固定通道節(jié)流。這個線性段提供硬阻尼，以適應(yīng)車輛行駛安全性的阻尼匹配需要。

在給定的行程和頻率條件下，與一個非線性減振器相比，吸收同樣能量的線性減振器的線性阻尼系數(shù)，稱為等效線性阻尼系數(shù)。用它可以解決非線性減振器如何用等效方法引入線性阻尼系數(shù)的計算即量化問題。

圖1 減振器外特性分段線性示意圖

2 阻尼匹配原則

根據(jù)振動理論及工程實踐經(jīng)驗，可以從以下三點來匹配懸架系統(tǒng)減振器的阻尼值：

1）懸架系統(tǒng)等效阻尼比平均值ψ平均=0.25～0.35；

2）復原行程相對阻尼比ψf=0.25～0.5(或者 0.2～0.45)；

3）壓縮行程與復原行程相對阻尼比ψy/ψf=0.25～0.6。

乘用汽車的懸架系統(tǒng)阻尼比等效平均值ψ平均值通常在ψ平均=0.25～0.35范圍內(nèi)變化，即

壓縮行程與復原行程相對阻尼比的比值ψy/ψf推薦0.25～0.6范圍，即

聯(lián)合式（1）（2）解得：

在減振器匹配設(shè)計時，先按式（1）推薦范圍選定v=0.3m/s，0.52m/s對應(yīng)的阻尼比等效平均值ψ平均，再按式（2）推薦范圍選擇合適的壓縮行程與復原行程相對阻尼比的比值ψy/ψf，最后由懸架系統(tǒng)的阻尼匹配式（3）（4）可以求得v=0.3m/s，0.52m/s對應(yīng)的等效阻尼系數(shù)c和阻尼力P[2]；由反求驗算可知，減振器在0.3m/s和1.0m/s下的等效線性阻尼系數(shù)的平均值與0.52m/s下的等效線性阻尼系數(shù)相等[3]，如式（5）所示，利用式（5）即可求出v=1.0m/s下的等效阻尼系數(shù)c1.0和阻尼力P1.0。

式中，P為阻尼力（N）；c為懸架減振器的等效阻尼系數(shù)（Ns/m）；v為運動速度（m/s）；ψ為懸架系統(tǒng)相對阻尼阻尼比； k為懸架剛度（N/m）；m為懸架簧上質(zhì)量（kg）；i為杠桿比，i=m/n（如下圖2、3所示），β為減振器軸線與鉛垂線的夾角，如下圖2所示：

一般來說，壓縮行程時的懸架阻尼比要小于復原行程，因為在壓縮行程，應(yīng)盡量減小減振器對地面沖擊的傳遞能力，以便充分利用彈性元件的緩沖作用，如果不適當?shù)剡x擇了高系數(shù)值，就相當于過分增大了懸架剛度，使車輛的平順性變壞。在確定了ψ值之后，可由式（4）確定減振器的阻尼系數(shù)。因此，確定ψ值是減振器設(shè)計的原始技術(shù)條件。

圖2 前減振器傾斜安裝示意圖

圖3 后減振器安裝示意圖

3 某車型原樣車的阻尼比匹配分析和改進設(shè)計

3.1 某樣車整車參數(shù)如表1所示

表1 某樣車整車參數(shù)

3.2 該樣車原前后減振器參數(shù)如表2所示

表2 某樣車原前后減振器參數(shù)

根據(jù)表1、2結(jié)合式（3）（4）求得原前后減振器復原阻尼系數(shù)cf、壓縮阻尼系數(shù)cy、平均阻尼系數(shù)c、復原行程相對阻尼比ψf、壓縮行程相對阻尼比ψy、壓縮相對阻尼比與復原相對阻尼比的比值ψy/ψf如表3所示：

表3 原前后減振器相關(guān)計算參數(shù)

結(jié)合第2節(jié)中的評價指標可知原前后減振器參數(shù)：

（1）阻尼比等效平均值ψ平均=0.25～0.35，表3中的原參數(shù)不滿足此要求；

（2）復原行程相對阻尼比ψf=0.25～0.5 (或者 0.2～0.45)，表3中的原參數(shù)部分滿足此要求；

（3）ψy/ψf=0.25～0.6，表3中的原參數(shù)部分滿足此要求。

前后懸架系統(tǒng)的平均阻尼比大部分數(shù)據(jù)都小于0.25，懸架系統(tǒng)阻尼比偏小，僅當v=0.3m/s時滿足要求。為了改善平順性與安全性，對該車型懸架參數(shù)進行改進設(shè)計，前后減振器改進參數(shù)如表4所示：

表4 改進后的前后減振器參數(shù)

4 結(jié)束語

按比較理想的前后懸架阻尼比，對前后減振器阻尼系數(shù)進行了改進設(shè)計，在同等試驗條件下，按 GB/T 4970-2009標準進行的平順性隨機輸入試驗的結(jié)果表明，改進后的車型兼顧了平順性與安全性。

采用被動懸架的車型，兼顧平順性和安全性是有限的，也比較困難，需要進行參數(shù)優(yōu)化。通過懸架結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計，如采用半獨立懸架、半主動控制懸架，才有可能大幅度提高平順性性能。