汽車懸架雙活塞阻尼減振器特性探索

李明杰

摘要：通過對以往普通類型的液壓阻尼減振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)實施調(diào)整，設(shè)計出一種能夠符合汽車懸架要求的雙活塞阻尼減振器，以此為汽車的穩(wěn)定運行提供基礎(chǔ)保障。本文選擇理論分析和試驗相結(jié)合的方式探索雙活塞阻尼減振器的特性。通過試驗后發(fā)現(xiàn)雙活塞阻尼減振器處于伸張的過程中會出現(xiàn)附加的阻尼力，進而使得減振器可做到有效的減振，使得汽車在惡劣環(huán)境下行駛時也能保證平穩(wěn)。

Abstract： By adjusting the internal structure of the common type hydraulic damper， a double-piston damper is designed， which can meet the requirements of the automobile suspension， so as to provide the basic guarantee for the stable operation of the automobile. In this paper， the characteristics of double-piston damper are studied by theoretical analysis and experiment. After the test， it is found that the additional damping force will appear when the Double Piston Damper is in the process of stretching， so that the damper can reduce the vibration effectively and the vehicle can run smoothly under the bad environment.

關(guān)鍵詞：汽車懸架;雙活塞;阻尼減振器;特性;探索

Key words： automotive suspension;double piston;damping shock absorber;characteristics;exploration

中圖分類號：U463.335.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0047-02

0? 引言

近年來隨著人們對汽車需求量以及質(zhì)量要求的不斷提升，汽車在設(shè)計的過程中，不僅需要擁有較長的使用壽命，同時還需要保證駕駛的平穩(wěn)性，這樣才能夠為人們帶來更好的駕駛體驗。在這種情況下眾多學(xué)者開始對減振器的功能進行改進和完善，創(chuàng)新減振器的工作模式，研發(fā)新型的減振器。在以往的汽車懸架系統(tǒng)中經(jīng)常使用的減振器為筒式減振器，按照鋼筒數(shù)量可以分為單筒式減振器和雙筒式減振器。為了能夠?qū)p振器進行改進，本文在雙筒式減振器的基礎(chǔ)之上研究了一種雙活塞阻尼減振器，能夠有效提高限位緩沖水平，讓人們在汽車行駛過程中擁有更加舒適的乘坐體驗，同時還能夠有效增加減振器的使用時間。

1? 雙活塞阻尼減振器的具體結(jié)構(gòu)以及工作原理

雙活塞阻尼減振器的設(shè)計基礎(chǔ)是雙筒式液壓阻尼減振器，原有的減振器已經(jīng)具備活塞結(jié)構(gòu)，在原有結(jié)構(gòu)之上增加了浮動活塞，其目的在于能夠使雙活塞阻尼減振器擁有限位緩沖的功能。具體的雙活塞阻尼減振器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要的分為兩項，第一是限位彈簧，第二是浮動活塞總成。在浮動活塞中設(shè)置花瓣形狀的流通槽，在浮動活塞的上方帶有支撐螺旋彈簧，如果減振器處于靜止的狀態(tài)，那么彈簧的自由長度將會決定限位緩沖墊和導(dǎo)向套之間的距離，這也代表是減振器自身拉伸限位行程。根據(jù)這一原理可以得到只要對彈簧對長度進行調(diào)整就可以改變減振器的限位性能，進而使減振器的阻尼特性出現(xiàn)相應(yīng)的變化。當(dāng)減振器處于伸張行程的狀態(tài)時，那限位緩沖墊會和浮動活塞總成進行一定的接觸，在接觸之后浮動活塞上部的通孔就會有一部分被遮擋住，此時上腔中的油液會逐漸留到下腔的內(nèi)部。如果活塞桿持續(xù)向著拉伸的方向不斷移動，限位緩沖墊和浮動活塞總成均會移動，前者移動對后者起到一定的推動作用，進而后者會限位彈簧產(chǎn)生壓縮作用，使得限位彈簧也開始向著導(dǎo)向器的位置繼續(xù)移動。在這種狀態(tài)下浮動活塞總成上腔內(nèi)部所擁有的空間會縮小，油液壓力上升，并且油液在壓力作用的影響下會利用活塞空隙以及限位緩沖墊成為小孔節(jié)流的狀態(tài)，最終產(chǎn)生阻尼壓力[1]。

當(dāng)減振器處于行程轉(zhuǎn)化的過程中，即從原有的伸張行程狀態(tài)轉(zhuǎn)化為壓縮行程狀態(tài)。在這種情況下活塞桿的移動方向會呈現(xiàn)出相反的狀態(tài)，浮動活塞也會受到限位彈簧所產(chǎn)生的張力的影響，進而逐漸向下運動。下腔中的油液會經(jīng)過浮動活塞所具備的通孔以及浮動活塞的上部回流，以此來達(dá)到補充上腔空間的效果，也能夠促使下次處于伸張行程的時候也可以產(chǎn)生伸張阻尼力。限位彈簧具有簧絲直徑小以及彈簧剛度小的特點，因此在實際的應(yīng)用過程中只能夠讓浮動活塞回到原來的位置，不會對壓縮阻尼力產(chǎn)生過大的影響，可以對此情況忽略不計。

2? 對減振器的特性展開理論分析

通過物理結(jié)構(gòu)的角度進行分析，減振器所產(chǎn)生的阻尼作用實際上是由于一系列處于固定狀態(tài)的節(jié)流孔以及處于可變狀態(tài)節(jié)流孔產(chǎn)生共同作用所出現(xiàn)的。因此在對這一理論進行分析過后，本次研究將原有的汽車懸架雙活塞阻尼減振器簡化為由液壓元件所共同構(gòu)成的等效液壓系統(tǒng)，具體的結(jié)構(gòu)組成部分包括：1.液壓缸;2.液壓限位緩沖器常通孔;3.液壓限位緩沖器可變節(jié)流孔;4.復(fù)原閥常通孔;5.伸張閥常通間隙;6.伸張閥系卸荷閥;7.流通閥系;8.活塞常通孔;9.活動閥座常通孔;10.壓縮閥系常通間隙;11.壓縮閥系卸荷閥;12.補償閥系;13.底座常通孔;14.儲油缸。根據(jù)其工作原理，可以將浮動活塞總成結(jié)構(gòu)等效為由節(jié)流面積較小的常通孔和節(jié)流面積很大的可變節(jié)流孔組成的液壓系統(tǒng)。

當(dāng)這一系統(tǒng)處于正常的工作狀態(tài)時，可變節(jié)流孔會處于全部打開的狀態(tài)，因此在這種情況下，液壓緩沖限位器無法發(fā)揮自身的節(jié)流作用，而減振器可以產(chǎn)生的阻尼作用會由通過活塞閥的具體油液流量決定。以流體力學(xué)理論為基礎(chǔ)進行分析，可以得出通過減振器活塞閥結(jié)構(gòu)的油液流量和活塞上表面、活塞下表面油液所產(chǎn)生的壓力差值以及閥體節(jié)流孔具體面積有著緊密的聯(lián)系。結(jié)合減振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點進行分析，可以得出在活塞桿進行運動時，所能產(chǎn)生的油液流量和活塞桿截面的具體面積、以及活塞桿進行活塞運動時的速度有著緊密的聯(lián)系。通過一系列的理論分析，最終可以得出當(dāng)處于正常的工作狀態(tài)時，減振器產(chǎn)生的阻尼力作用與活塞桿的具體活塞運動速度有著緊密的聯(lián)系。

當(dāng)減振器處于逐漸被拉伸狀態(tài)的時候，部分經(jīng)過限位緩沖結(jié)構(gòu)可變節(jié)流孔的油液會被遮擋住，遮擋油液的是限位緩沖墊。因此時減振器處于不斷運動的狀態(tài)，如果減振器運行到極致行程的狀態(tài)時，幾乎所有的油液都會通過常通孔流過，且因常通孔的節(jié)流面積較小，會使得其出現(xiàn)附加阻尼力。以流體理學(xué)理論為基礎(chǔ)進行分析，可以得出浮動活塞總成上腔和下腔之間的壓力差值以及常通孔實際面積對通過浮動活塞孔隙流動的油液量會起到一定的決定性作用。在這個時候活塞桿在運動過程中所產(chǎn)生的油液流量會同時包括兩種，第一種是經(jīng)過伸張閥的油液流量，第二種則是通過浮動活塞孔隙流動的油液流量。對上述內(nèi)容進行分析可以發(fā)現(xiàn)浮動活塞總成上腔和下腔之間的壓力差值、活塞桿截面面積均會影響限位緩沖結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的附加阻尼力值。最終可以得出浮動活塞總成所能夠產(chǎn)生的附加阻尼力值和活塞的運動速度也有緊密的聯(lián)系[2]。

3? 特性探索試驗設(shè)計以及試驗結(jié)果討論

3.1 特性探索試驗方法

參照QC/T545-1999《汽車筒式減振器臺架試驗方法》，在 MTS 公司生產(chǎn)的減振器試驗臺上進行本次示功特性試驗。對雙活塞阻尼減振器試件施加正弦位移激勵，行程固定，依次變化頻率（每個頻率下進行3個循環(huán)周期試驗），從低速到高速進行試驗，得到相應(yīng)的示功曲線。為了滿足用戶對汽車運行對需求，本文選取5個測試速度點，即0.05 m/s，0.13 m/s，0.26 m/s、0.39 m/s和0.53 m/s。為了確保能夠準(zhǔn)確分析出浮動活塞總成設(shè)計參數(shù)會對減振器特性所造成對影響，在試驗中選擇4種不同類型的減振器進行試驗。1號減振器擁有2個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為4×1.4mm，限位緩沖墊屬于平墊圈。2號減振器擁有2個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為2×1.1mm，限位緩沖墊屬于波浪墊圈。3號減振器擁有1個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為4×1.4mm，限位緩沖墊屬于波浪墊圈。4號減振器擁有1個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為4×1.4mm，限位緩沖墊屬于平墊圈。

3.2 試驗結(jié)果分析

第一，如果減振器處于正常的拉伸工作狀態(tài)，則所產(chǎn)生的拉伸阻尼特性和汽車彈性元件之間處于相匹配的狀態(tài);如果拉伸到極限狀態(tài)，則拉伸阻尼會呈現(xiàn)出持續(xù)增加的現(xiàn)象;如果減振器處于壓縮行程的狀態(tài)，阻尼特性不會出現(xiàn)明顯的變化。

第二，在伸張行程中所產(chǎn)生的最大阻尼力是由于運動速度最大時已經(jīng)超過平衡位置，因此如果活塞運動處于平衡的位置狀態(tài)，那么浮動活塞上部通孔的流通面積也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，當(dāng)達(dá)到最大阻尼狀態(tài)時流通面積則處于最小狀態(tài)。

第三，在同一種類型的浮動活塞總成之下，活塞運動的速度會在相同的位置上存在拐點，并且經(jīng)過拐點之后阻尼力會持續(xù)增加，代表拐點處的位移數(shù)值是開始限位緩沖作用的位置?；钊顒铀俣群妥枘崃χg成正比關(guān)系，且后者的變化狀態(tài)屬于聯(lián)系變化狀態(tài)。

第四，支撐彈簧的剛度水平以及浮動活塞上部通孔具體直徑數(shù)值都會影響到減振器的阻尼特性。

對上述研究結(jié)果進行綜合分析，可以得出本文所提出的新型雙活塞阻尼減震器能夠提高處于伸張行程的阻尼力，但是不會影響到壓縮行程狀態(tài)下的阻尼特性[3]。

4? 結(jié)束語

本文針對雙活塞阻尼減振器建立了一個等效的液壓系統(tǒng)模型，對其所具備的阻尼特性展開了詳細(xì)的理論分析，并展開了特性試驗。本文針對雙活塞阻尼減振器進行了工作機理分析，并對其實施了臺架實驗，最終獲得了雙活塞阻尼減振器的示功特性，在進行試驗之后可以發(fā)現(xiàn)雙活塞阻尼減振器當(dāng)處于伸張狀態(tài)時能夠出現(xiàn)一定的阻尼力，進而有效提升減振器的減振功能，讓汽車在較為惡劣的環(huán)境下，也能夠保持平穩(wěn)駕駛。同時在本次研究中也發(fā)現(xiàn)應(yīng)用這種新型的雙活塞阻尼減振器還能夠提升減振器的使用壽命，能夠減少后續(xù)人們在汽車減振器維修過程中投入的成本。隨著未來汽車設(shè)計水平的不斷提升，汽車的平穩(wěn)性也會持續(xù)提升。

參考文獻：

[1]劉驚濤，馮櫻.雙筒液壓減振器的實驗與仿真研究[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2017，31（4）：44-48.

[2]廖昌榮，吳篤華，孫凌逸，等.考慮表觀滑移效應(yīng)的磁流變液減振器阻尼特性研究[J].中國公路學(xué)報，2017，30（6）：297-306.

[3]朱海燕，蘇校，陳小建，等.常溫條件下雙筒液壓減振器動態(tài)特性的試驗研究[J].潤滑與密封，2020，45（6）：101-105，113.