微型商用车减振器阻尼匹配计算

2018-08-29钟彬伍初东

汽车实用技术 2018年15期

钟彬，伍初东

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州 545000；2.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，湖南长沙 410205）

引言

汽车减振器是悬架系统中的重要部件，能有效地衰减簧上和簧下质量的振动，提高车辆行驶平顺性和操纵稳定性。在车辆中，应用最多的是筒式液压减振器，其阻尼力主要是由减振器阀系参数决定的。对于不同车辆类型或同一车辆的前、后轮都需要不同的阻尼特性的减振器。

1 减振器外特性解析

工程上减振器外特性曲线大致可以用三段线性特性来描述[1]：开阀前、开阀后、开阀至最大，如图1所示：

1）OK段——反映车辆在较好的路面运行，路面低频激励工况，确保平顺性要求的减振器阻尼匹配要求。K点称为开阀点，OK段的开阀阻尼系数可视为减振器常通孔节流，开阀点通常是在规范速度 0.2～0.3m/s下选择的，因此定义0.3m/s为减振器阻力值大体接近外特性第一个线性段的阻尼系数。

2）KK′段——反映车辆在中间行驶频区工况下所需要的减振器匹配阻尼，兼顾平顺性和安全性德需要，一般实施软阻尼，因此该段阻尼变得较小。这个工况下的激振频区的高限已接近车轮共振区，但尚未达到车轮共振区。

3）K′K″段——减振器中的阀开度达到最大，再次形成固定通道节流。这个线性段提供硬阻尼，以适应车辆行驶安全性的阻尼匹配需要。

在给定的行程和频率条件下，与一个非线性减振器相比，吸收同样能量的线性减振器的线性阻尼系数，称为等效线性阻尼系数。用它可以解决非线性减振器如何用等效方法引入线性阻尼系数的计算即量化问题。

图1 减振器外特性分段线性示意图

2 阻尼匹配原则

根据振动理论及工程实践经验，可以从以下三点来匹配悬架系统减振器的阻尼值：

1）悬架系统等效阻尼比平均值ψ平均=0.25～0.35；

2）复原行程相对阻尼比ψf=0.25～0.5(或者 0.2～0.45)；

3）压缩行程与复原行程相对阻尼比ψy/ψf=0.25～0.6。

乘用汽车的悬架系统阻尼比等效平均值ψ平均值通常在ψ平均=0.25～0.35范围内变化，即

压缩行程与复原行程相对阻尼比的比值ψy/ψf推荐0.25～0.6范围，即

联合式（1）（2）解得：

在减振器匹配设计时，先按式（1）推荐范围选定v=0.3m/s，0.52m/s对应的阻尼比等效平均值ψ平均，再按式（2）推荐范围选择合适的压缩行程与复原行程相对阻尼比的比值ψy/ψf，最后由悬架系统的阻尼匹配式（3）（4）可以求得v=0.3m/s，0.52m/s对应的等效阻尼系数c和阻尼力P[2]；由反求验算可知，减振器在0.3m/s和1.0m/s下的等效线性阻尼系数的平均值与0.52m/s下的等效线性阻尼系数相等[3]，如式（5）所示，利用式（5）即可求出v=1.0m/s下的等效阻尼系数c1.0和阻尼力P1.0。

式中，P为阻尼力（N）；c为悬架减振器的等效阻尼系数（Ns/m）；v为运动速度（m/s）；ψ为悬架系统相对阻尼阻尼比； k为悬架刚度（N/m）；m为悬架簧上质量（kg）；i为杠杆比，i=m/n（如下图2、3所示），β为减振器轴线与铅垂线的夹角，如下图2所示：

一般来说，压缩行程时的悬架阻尼比要小于复原行程，因为在压缩行程，应尽量减小减振器对地面冲击的传递能力，以便充分利用弹性元件的缓冲作用，如果不适当地选择了高系数值，就相当于过分增大了悬架刚度，使车辆的平顺性变坏。在确定了ψ值之后，可由式（4）确定减振器的阻尼系数。因此，确定ψ值是减振器设计的原始技术条件。