基于某車型的減振器調(diào)試與速度測(cè)試方法探討

范洪春，譚姣姣，徐寒藤

基于某車型的減振器調(diào)試與速度測(cè)試方法探討

范洪春1，譚姣姣2，徐寒藤2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.柳州孔輝汽車科技有限公司，廣西 柳州 545007）

在汽車底盤的研發(fā)過程中，減振器的性能對(duì)整車舒適性和平順性等有著非常重要的影響。為了解如何通過路試數(shù)據(jù)的采集來獲取減振器振動(dòng)速度，使減振器的調(diào)試得到一個(gè)有效的指導(dǎo)方向，從而更好地掌握減振器的調(diào)試方法，文章特以國內(nèi)某款車型的減振器調(diào)試為例進(jìn)行研究，并基于MATLAB/GUI，為減振器節(jié)流閥片的選取開發(fā)了一項(xiàng)圖形用戶界面工具，使用戶能夠更快速、高效的選取節(jié)流閥片，提高工作效率，也為減振器的調(diào)試提供了新的參考方法。

減振器；數(shù)據(jù)采集；振動(dòng)速度；MATLAB/GUI

引言

減振器作為轎車懸掛系統(tǒng)的重要組成部件之一，其性能將直接影響轎車運(yùn)行的安全性和可靠性[1-3]。且對(duì)汽車而言，優(yōu)良的乘坐舒適性與操作穩(wěn)定性也是至關(guān)重要的，而影響該性能的重要構(gòu)成元件就是減振器，所以理想的減振器特性可以提高汽車行駛平順性和乘坐舒適性。

當(dāng)汽車行駛過程中懸架的彈性系統(tǒng)受到?jīng)_擊后，將產(chǎn)生振動(dòng)。持續(xù)的振動(dòng)易使乘員感到不舒服和疲勞。減振器能使振動(dòng)迅速衰減，振幅迅速減小，起到減震作用，改善汽車行駛平順性。因此，大多數(shù)減振器和彈簧是并聯(lián)安裝的。

另外，MATLAB軟件可以方便地應(yīng)用于數(shù)字計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、工程繪圖及軟件開發(fā)等方面。本文的數(shù)據(jù)處理和圖形界面工具開發(fā)都基于此軟件。因此，MATLAB的使用可以提高工作效率和工程分析技術(shù)。

1 減振器的結(jié)構(gòu)和工作原理

汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減振器，其中雙向作用式減振器能在拉伸和壓縮時(shí)起作用，因此得到廣泛的應(yīng)用。本文試驗(yàn)的減振器也屬于雙向作用式筒式減振器。

1.1 減振器的結(jié)構(gòu)

減振器一般主要有四個(gè)閥和兩個(gè)缸組成（圖1），四個(gè)閥分別是：壓縮閥6、伸張閥4流通閥8和補(bǔ)償閥7[4]。

1—活塞桿；2—工作缸筒；3—活塞；4—伸張閥；5—儲(chǔ)油缸筒；6—壓縮閥；7—補(bǔ)償閥；8—流通閥；9—導(dǎo)向座；10—防塵罩；11—油封。

圖1為減振器結(jié)構(gòu)圖，減振器拉伸時(shí)產(chǎn)生拉伸阻尼力，而壓縮時(shí)產(chǎn)生壓縮的阻尼力并且阻尼力隨減振器往復(fù)運(yùn)行的速度增減而增減。

1.2 減振器的工作原理

當(dāng)車架與車橋做往復(fù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器中的活塞在缸筒內(nèi)也做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，于是減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)內(nèi)腔通過一些窄小的孔隙流入另一內(nèi)腔。此時(shí)，孔壁與油液間的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對(duì)振動(dòng)的阻尼力，使車身和車架的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為熱能，被油液和減振器殼體所吸收，然后散到大氣中。

2 減振器振動(dòng)速度測(cè)試

目前，我們一般調(diào)試某樣車的減振器時(shí)，先在典型路面進(jìn)行路試，如：山村路、坑洼路、水泥路等，然后根據(jù)路試人員的主觀評(píng)價(jià)，估計(jì)減振器的阻尼力范圍（即估計(jì)減振器的振動(dòng)速度），再根據(jù)阻尼力制定減振器調(diào)試方案來調(diào)整其結(jié)構(gòu)，改變其阻尼特性。而對(duì)阻尼力的估計(jì)，不同的人可能有不同結(jié)果，其方案的制定難以準(zhǔn)確，甚至不合理，也導(dǎo)致對(duì)減振器的調(diào)試帶來不必要的重復(fù)、繁瑣的工作，降低了工作效率。

因此，本試驗(yàn)采用新的方法，通過對(duì)減振器路試工況的數(shù)據(jù)采集，可以得到各種不同路況下減振器的振動(dòng)速度，同樣，也可以得到不同路面上減振器振動(dòng)的具體差異，為減振器調(diào)試帶來方向性的指導(dǎo)，節(jié)約人力成本，提高工作效率。

2.1 減振器振動(dòng)位移的測(cè)量

鑒于測(cè)試設(shè)備條件：數(shù)采前端、位移傳感器以及加速度傳感器，所以決定采用位移傳感器的路試采集數(shù)據(jù)來間接計(jì)算減振器的振動(dòng)速度。

圖2 位移傳感器

其大致步驟為：首先，采用位移傳感器測(cè)量減振器的振動(dòng)位移，再使用軟件計(jì)算得到減振器每段拉伸和壓縮的時(shí)間。最后，根據(jù)位移與時(shí)間相除的比值得到減振器的振動(dòng)速度。

如圖2為某車型左后懸架減振器位移傳感器的安裝位置。從圖中可以看出位移傳感器安裝在車身上，拉線環(huán)掛在減振器下支點(diǎn)鐵鉤上，其拉線平行于減振器的運(yùn)動(dòng)軌跡。

本試驗(yàn)選擇在幾種典型道路進(jìn)行減振器位移測(cè)試，使用設(shè)備如下：LMS SCD09-64數(shù)采前端、德國米依位移傳感器（WD-500-P600-SR-U），采樣頻率為512 Hz，行駛速度為70 km/h。整車載重為設(shè)計(jì)狀態(tài)。

圖3 某路況原始采樣數(shù)據(jù)

如圖3為某一路況采集的原始位移數(shù)據(jù)，隨機(jī)采集的數(shù)據(jù)樣本較多而且沒有變化規(guī)律，因此，利用Matlab對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行峰谷值處理，可以得到簡化的位移峰谷循環(huán)數(shù)據(jù)，如圖4，根據(jù)此數(shù)據(jù)就可以進(jìn)一步計(jì)算得到減振器拉伸、壓縮時(shí)的工作振幅。

圖4 位移峰谷值數(shù)據(jù)

2.2 減振器振動(dòng)速度計(jì)算及調(diào)試指導(dǎo)

求解減振器的振動(dòng)速度需要先得到兩個(gè)已知量，即振動(dòng)幅度和振動(dòng)時(shí)間。

（1）減振器的振動(dòng)幅度，即要得到減振器每個(gè)拉伸、壓縮行程的變化量。

（2）減振器的振動(dòng)時(shí)間，即獲得減振器每個(gè)拉伸、壓縮行程的時(shí)間變化量。

綜上，減振器振動(dòng)速度可以通過以下公式得到，即速度=振幅?時(shí)間。

一般來說，針對(duì)減振器的調(diào)試，振動(dòng)速度的大小決定其需要調(diào)試的不同結(jié)構(gòu)閥系，例如：低速時(shí)（0.2 m/s以下），主要考慮節(jié)流閥片對(duì)阻尼力的影響；中高速時(shí)（0.2 m/s～0.6 m/s），主要考慮復(fù)原閥片剛度對(duì)阻尼力的影響；高速時(shí)（0.6 m/s以上），主要考慮活塞孔對(duì)阻尼力的影響。如圖5為某車型的后懸減振器阻尼特性曲線。

圖5 減振器阻尼特性曲線

因此，通過實(shí)際路況測(cè)得的振動(dòng)速度來判斷阻尼力大小，可以清楚地知道哪種工況對(duì)減振器哪部分結(jié)構(gòu)阻尼力影響最大，再對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，通過不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)及裝車路試，最后得到滿意的結(jié)果。

根據(jù)上節(jié)測(cè)量的減振器位移，通過計(jì)算得到見表1的振動(dòng)速度分布頻次，并由此數(shù)據(jù)繪制減振器拉伸、壓縮狀態(tài)下的振動(dòng)速度分布頻次圖，如圖6所示。

表1 振動(dòng)速度的分布頻次表

減振器振動(dòng)速度（mm/s） 0～5050～100100～150150～200200～250 減振器壓縮時(shí)次數(shù)31632845100 減振器拉伸時(shí)次數(shù)3981822671

由此可知，在上述工況下，減振器的振動(dòng)速度主要分布在低速范圍，少數(shù)分布在中速值。所以，調(diào)試時(shí)可以主要考慮節(jié)流閥片對(duì)減振器阻尼特性的影響。同理，如果測(cè)試的振動(dòng)速度為中高速時(shí)，則需更多考慮復(fù)原閥片厚度及組合片數(shù)的影響。

因此，通過減振器路試數(shù)據(jù)的采集得到減振器的振動(dòng)速度，為減振器的調(diào)試提供指導(dǎo)方向，使調(diào)試人員更了解減振器的工作狀態(tài)，并可以更加有效地調(diào)整減振器結(jié)構(gòu)來改變其阻尼特性，從而滿足路試要求。

圖6 減振器工作速度分布頻次圖

3 節(jié)流閥片用戶工具開發(fā)

節(jié)流片對(duì)減振器阻尼特性的影響是由其節(jié)流面積決定的，而節(jié)流面積的決定因素有三個(gè)：槽數(shù)、槽寬、厚度，即節(jié)流面積=槽數(shù)×槽寬×厚度。減振器調(diào)試過程中需要一系列連續(xù)的滿足節(jié)流面積的節(jié)流片，對(duì)應(yīng)有不同槽數(shù)、槽寬、厚度的閥片規(guī)格。為此，我們專門開發(fā)一個(gè)基于MATLAB/GUI節(jié)流片面積計(jì)算工具，如圖7所示，主要用于快速計(jì)算得到不同規(guī)格組合的節(jié)流閥片，也可用于發(fā)布減振器調(diào)試零件需求。

節(jié)流片面積計(jì)算工具界面的操作如下：分別在節(jié)流面積、負(fù)偏差值（與節(jié)流面積最大負(fù)偏差值）、正偏差值（與節(jié)流面積最大正偏差值）輸入框輸入所需的目標(biāo)值，點(diǎn)擊節(jié)流片所有組合按鈕，即可得到滿足節(jié)流面積的所有節(jié)流片不同規(guī)格組合，并以TXT文本格式存儲(chǔ)在軟件的當(dāng)前工作目錄下。

另外，本工具還可以從節(jié)流片所有組合篩選出指定槽數(shù)、厚度或槽寬的組合。以指定槽數(shù)組合為例，在開槽數(shù)量輸入框輸入槽數(shù)，點(diǎn)擊指定槽數(shù)組合按鈕，即可從節(jié)流片所有組合中篩選出指定槽數(shù)的組合，如果輸入的槽數(shù)在節(jié)流片所有組合中不存在，則會(huì)彈出警告框。其他指定寬度組合、指定厚度組合的操作也一樣。

圖7 節(jié)流片面積計(jì)算工具

所以，節(jié)流片面積計(jì)算工具可以很方便、簡單直觀地得到各種節(jié)流片面積的不同規(guī)格組合，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程師來說，滿足條件的不同閥片，還可以考慮其對(duì)整車其他因素的影響。

4 結(jié)束語

總的說來，減振器的調(diào)試是非常復(fù)雜、繁瑣的，影響因素很多，例如：節(jié)流閥片、油液、復(fù)原閥片及彈性系統(tǒng)等因素。本文主要從試驗(yàn)的角度來闡述如何獲得減振器振動(dòng)速度的方法，通過振動(dòng)速度的獲取，給減振器調(diào)試提供指導(dǎo)，減輕調(diào)試人員的工作負(fù)擔(dān)，為減振器調(diào)試工作提供一種新的研究思路。同時(shí)，開發(fā)了節(jié)流片面積計(jì)算工具，方便進(jìn)行節(jié)流片的選擇，提高了工作效率，也給調(diào)試人員提供更多的參考。

[1] 于兆華,尚景華.國內(nèi)油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)狀及未來發(fā)展探討[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督,2005(2):28—30.

[2] 王天利,曾慶東,劉小寧,等.汽車減震器試驗(yàn)臺(tái)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1993,13(1):14—20.

[3] 黃偉福.微機(jī)控制油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的研制[D].上海:上海交通大學(xué),2008.

[4] 陳家瑞.汽車構(gòu)造:下冊(cè)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.2:202.

Discuss about Shock Absorber Tuning and Test Methods for a Vehicle Model

FAN Hongchun1, TAN Jiaojiao2, XU Hanteng2

( 1.SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007;2.KH Automotive Technologies (Liuzhou) Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007 )

In the research and development process of automobile chassis, the performance of shock absorber has a very important influence on the vehicle comfort and ride comfort. In order to understand how to obtain the vibration velocity of shock absorber through the collection of road test data, so that the debugging of shock absorber can get an effective direction, so as to better master the debugging method of shock absorber, the shock absorber debugging of a domestic model is studied as an example, and based on MATLAB/GUI, a graphical user interface tool is developed for the selection of shock absorber throttle plate. Users can more quickly and efficiently select throttle plate, improve work efficiency, but also provides a new reference method for shock absorber debugging.

Shock absorber;Data acquisition;Vibration velocity;MATLAB/GUI

U463.33+5.1

A

1671-7988(2022)02-107-04

U463.33+5.1

A

1671-7988(2022)02-107-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.002.024

范洪春，就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司。