阀控式可调阻尼减振器与阻尼特性探究

付喜

减振器是汽车悬挂系统中不可或缺的部分，能有效的化解从地面传导过来的路面的颠簸，确保汽车行驶过程中的安全、可靠与舒适。阀控式可调阻尼减振器的减振档位是可调的。在汽车驾驶员驾驶的过程中可以根据路面的状况来切换减振档位，由于路面情况复杂多变因而这种行驶的减振器具有非常好的市场前景，对于阀控式可调阻尼减振器的研究具有非常现实的意义。

通过Pro/Engineer可以较好的展示可调式阻尼减振器的结构，其结构与双桶充气式液压减振装置类似，与之不同之处在于，在其储油桶的外部增加了一套阀控可调节的阻尼减振器，在阻尼调节阀中的单向板阀和单向节流阀的作用下实现减振档位的调节。阀控可调式阻尼减振器的组成包括活塞杆、导向密封、主筒、活塞总成、底阀总成、储油筒、浮动活塞、安裝支座和阻尼调节阀总成等部分。

在阀控可调式阻尼减振器起作用的过程中，可以控制电磁板阀处于不同的组合开关状态，由于每个开关都可以有两种状态因而这两种开关总共有4中状态，形成四种不同的过油通道。这4种不同的组合所形成的减振能力是不同的，可以根据不同的路面的情况来选择不同的组合形式以获得安全、良好的驾驶感受。

阀门形变对阻尼的影响

如果减振器中的减震杆运动时速度较快的话，弹性阀片会在油压的作用下产生形变进而发生漏油的情况，通过阀口端面的过流信息，会产生一定程度的阻力。在这种情况下油会在圆环槽内运动。如果运动速度过快则很可能会溢出。

假设圆环的外径和内径分别为r1、r2，流经圆环缝隙的前后所形成的压力分别为p1、P2，那么可以计算得到圆环缝隙的宽度。如果液体的流量保持不变，那么阀口的缝隙数值与所形成的压力是成反比的关系。缝隙大则形成的压力差下；而缝隙小则形成的压力差大。因而可以知道，在减振器工作的过程中，如果在其他参数不变的情况下，阀门开口大的话，阀口两端的压差就小，那么减振阻尼力就越小；而如果阀口开值较小，那么阀口两端的压差就会越大，那么减振阻尼力就会相应的增大。

阀门形变量影响因素

本研究与阀控可调式阻尼减振器为例，对弹性阀片弯曲形变的影响因素进行了分析。一般将阀口半径处的形变量称为阀口开值。通过对弹性阀片的微分方程的解析可以发现，法开口值受到挡环半径、阀片半径、阀口半径以及阀片厚度的影响。在分析的过程中油液压力、弹性模量以及泊松比保持不变。

挡环半径。挡环半径处用于对弹性阀片进行约束，该半径会对弹性形变的计算产生影响，对阀口的开口值产生影响。挡环半径变化的过程中弹性阀片的参数分别是：阀片半径为14mm，阀口半径是13mm，阀片厚度是0.3mm。阀开口值和挡环半径之间的关系也非常密切。当阀开口值和挡环半径分别是（7mm，4mm），（5mm，4.8mm）（4mm，5.4mm），（3mm，5.8mm），（2mm，6.5mm）。从这组数据可以看出，随着挡环半径的增加阀开口值会不断的减小。如果挡环半径接近阀片半径，会导致可形变区域减小，开口值减小所带来的影响就是减振器工作过程中的阻尼变大。

阀片半径。流通和补偿阀口在阀片安装的过程中会被完全遮蔽，但是不会完全覆盖复原阀孔和压缩阀孔，会留出一定的缝隙称为长通的节流孔。另外阀片的半径要小于筒内阀体的半径。通过前面的分析可知，阀片半径处属于形变过程中的自由约束端，该数值会对弹性形变的计算产生影响，因而会对阀的开口值产生影响。阀片半径变化时期的弹性参数为：挡环半径为8mm，阀口半径为13mm，阀片厚度为0.3mm。阀片半径和阀开口值之间的关系阀开口值随着阀片半径的增大而增大。很明显，随着阀片半径的增大，阀开口值也在发生着变化。阀片半径与挡环半径二者的差距越大，那么阀片的可形变区域就越大，进而阀开口也会越大，减振器的工作过程中的阻尼就会相应的减小。

阀口半径。由于挡环半径和阀片半径之间都属于可形变区域。通过长城系数的表达分析，该数值主要与阀口半径有关。假设阀口半径变化过程中的弹性阀的系数为挡环半径为8mm，阀片半径为14mm，阀片厚度为0.3mm。那么阀口半径和阀开口值之间的关系是一个正向区间的单调增长函数，随着阀口半径的增大，阀开口值呈现出单调增长的趋势。由此可以来指导活塞体和底阀上部阀门的位置设计。如果阀口的位置与挡环半径处很近，那么相应的阀开口值就越小，在这种情况下减振器工程过程中的阻尼就大；如果阀口靠近阀片半径处，那么阀开口值就会越小，使得减振器在工程的过程中阻尼减小。

阀门厚度。在减振器中使用的弹性阀片的厚度一般较小，这种较小的厚度可以实现对路面状况的快速响应。假设阀片厚度在变化的过程中弹性阀片的参数是：挡环半径为8mm，阀片半径为14mm，阀口半径为13mm。阀片厚度与阀开口值之间的关系是单调递减函数关系。随着阀片厚度的增加，阀开口值会不断的减小，减振器在工作过程中所产生的阻尼就会逐渐增大。

阀控式可调阻尼减振器数学模型与仿真分析

对阀控可调阻尼减振器利用matlabsirnulink进行了仿真分析，将位移作为输入参数，将阻尼力作为输出参数，通过Simulink构建的系统仿真模型。编写M文件设置减振器的相关参数，然后设置输入信号的频率和幅值，然后进行仿真，通过示波器可以查看阻尼力曲线。

在减振1档位下，将活塞杆的行程设置为37.5mm，然后改变输入信号的频率，得到活塞杆相应的最大运动速度0.052m/s、0.131m/s、0.262m/s和0.524m/s，然后进行仿真。接着分别对2、3、4档位进行仿真，得到对应的仿真数据。

通过仿真数据可知，如果减振器的行程不变，在相同的档位下活塞杆的运动的速度越快，那么复原阻尼力和压缩阻尼力越大，且速度越快减振器所做功越多。

通过对阀控是可调减振器的阻尼特性的分析可知，挡环半径、阀片半径、阀口半径以及阀片的厚度均会对减振器的阻尼力产生影响，在减振器行程不变的情况下，活塞杆的运动速度越快，减振器在工作过程中的阻尼力也会越大。

基金项目：2014年度湖南省永州市市本级科技计划项目（永财企指[2014]33号No.30）1-11-23-500

（作者单位：湖南科技学院理学院）endprint