汽車減振器充氣力及摩擦力特性辨識方法

吳鵬，蘇少博，鮑東涌

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汽車減振器充氣力及摩擦力特性辨識方法

吳鵬，蘇少博，鮑東涌

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

提出了辨識汽車懸架液壓減振器預(yù)充氣體充氣壓力與充氣量，以及減振器活塞桿與減振器筒之間摩擦力的方法。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，以及摩擦力隨速度方向變化的特性，推導(dǎo)了減振器氣體力與摩擦力的表達(dá)公式。根據(jù)某減振器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，辨識得到減振器充氣壓力，充氣體積以及摩擦力，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，此方法精度高，計算快，具有實(shí)際工程意義。

減振器；充氣壓力；充氣量；摩擦力

前言

汽車用液壓減振器對于車輛的操縱穩(wěn)定性與平順性具有至關(guān)重要的作用。在車輛調(diào)試階段，減振器需要反復(fù)調(diào)試，包括嘗試不同的閥片種類，閥片開口大小，開閥壓力等，以滿足整車的使用要求。減振器內(nèi)部的充氣壓力，可以消除減振器在由壓縮行程轉(zhuǎn)換為復(fù)原行程過程中的空程性畸變，從而對車的側(cè)傾與俯仰控制有利，并能減小噪音。減振器內(nèi)部的摩擦力，對于車的平順性有不利影響，底盤設(shè)計過程應(yīng)盡量減小懸架系統(tǒng)中的摩擦力。

在競品分析階段，工程師需要知道競品車輛減振器的阻尼力、摩擦力、以及充氣壓力等參數(shù)，以便對新開發(fā)車型的減振器特性提出相關(guān)性能參數(shù)的要求。而競品車減振器的充氣壓力以及充氣量一般無法直接測試，所以需要利用辨識方法對減振器內(nèi)部的充氣壓力，充氣量以及摩擦力進(jìn)行辨識。

1 減振器充氣壓力、充氣量以及摩擦力模型

當(dāng)在減振器試驗(yàn)臺對減振器進(jìn)行低速加載時，隨活塞桿伸入減振器筒的體積變大，減振器內(nèi)部氣體體積減小，壓力增大，壓力與體積之間的關(guān)系滿足理想氣體狀態(tài)方程中的等溫過程?；钊麠U與減振器筒之間的摩擦力，其作用機(jī)理比較復(fù)雜，實(shí)際工程使用過程中可以將其簡化為常量，方向與活塞桿運(yùn)動方向相反。基于以上理論基礎(chǔ)，在減振器低速運(yùn)動過程中，減振器的力與位移之間的關(guān)系可以寫為：

2 減振器相關(guān)參數(shù)辨識與結(jié)果驗(yàn)證

2.1 參數(shù)辨識

根據(jù)公式(1)以及減振器在極低速度下的靜態(tài)力測試數(shù)據(jù)，就可以利用Matlab中的辨識工具辨識出以上三個未知量。測試?yán)肕TS減振器試驗(yàn)臺進(jìn)行，采用幅值為20mm的三角波，減振器速度為5mm/s，所采用的減振器為某車型后懸架減振器，活塞桿直徑為12.4mm。

辨識工具采用Matlab中的非線性最小二乘函數(shù)Lsqnon -lin進(jìn)行，以模型計算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差最小為原則進(jìn)行優(yōu)化，辨識得到相關(guān)的參數(shù)。

2.2 辨識結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)以上計算模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，辨識得到的結(jié)果如下。

表1 減振器靜態(tài)力特性辨識結(jié)果

辨識結(jié)果的均方根誤差為6.8N/樣本點(diǎn)，辨識的精度不但取決于算法，也取決于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的振蕩程度。根據(jù)辨識結(jié)果，計算得到減振器的靜態(tài)力特性，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，結(jié)果如圖1所示。

3 結(jié)論

基于理想氣體狀態(tài)方程，并將減振器摩擦力簡化為常量，提出了減振器充氣壓力，充氣體積以及摩擦力的辨識方法。結(jié)果表明，此方法精度高，計算快，具有實(shí)際的工程意義。

[1] 譚超,劉寶記,俞德孚等.懸架雙筒液壓充氣減振器外特性研究報告[J].兵工學(xué)報:坦克裝甲車與發(fā)動機(jī)分冊,1997.

[2] John C.DIXON著.李惠彬,孫振蓮,金婷,等譯.減振器手冊.機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

Identify method of automotive shock absorber inflation characteristic and friction force

Wu Peng, Su Shaobo, Bao Dongyong

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

The method of identify the shock absorber inflation pressure, inflation volume and friction force is proposed. The model is built based on ideal gas state equation. Take a shock absorber as an example, identified the gas pressure, gas volume, and friction force. The compare result between test data and simulation result show that this method is high efficiency and practical.

shock absorber; inflation pressure; gas volume; friction force

A

1671-7988(2018)24-117-02

U462

A

1671-7988(2018)24-117-02

U462

吳鵬，就職于華晨汽車工程研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.042