基于道路载荷谱的减振器服役特性分析

张文超 ，庞方超 ，牛智慧

（1.中汽研华诚认证（天津）有限公司 天津 300300；2.中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 天津 300300）

随着我国汽车工业的高速发展和汽车行驶里程的不断增加，车辆零部件的性能也在发生着不同程度的退化。减振器作为汽车悬架系统中关键的零部件之一，其服役期间的性能直接影响车辆行驶的稳定性、舒适性、平顺性和安全性。

减振器作为悬架系统中重要的受力原件，虽然其结构相对简单、阻尼调节相对可控，但服役期间性能受工作温度和油液老化的影响较大，已成为减振器服役性能衰退研究方向主要难点之一。减振器在运动过程中，油液流经各个节流孔和内部结构的相对运动产生阻尼力和摩擦力做功，从而产生热能，这些热能传递给油液和结构件使温度升高，还有一部分热能通过减振器筒体散发到环境中［1］。在减振器工作运行的过程中，温度的变化会对其性能产生多方面的影响，比较突出的一点是由于温度的变化使减振器阻尼力随着温度的升高而减小，产生“温衰”现象，从而导致整车的平顺性变差［2-3］。

针对温度这一变量对减振器性能的影响，王文林等［4］对车辆减振器油液的宽温度范围物理特性进行了研究，通过多种系列油品和减振器性能试验表明倾点和黏度指数非常接近的减振器油液在不同温度下油品的流动性差异很大，由此造成了减振器在不同温度下阻尼性差异也很大。为了获得减振器内部温度的分布状况，提高减振器的可靠性能，陈齐平等［5］通过搭建减振器生热参数模型和三维流体模型对减振器的生热机理进行分析研究，获得了不同工况下的温度场分布云图，高温场主要分布在减振器活塞密封圈和复原阀周围，距离越远，温度越低。廖振科等［6］基于功热等效的方法，以双筒式液压减振器为研究对象，结合其产热与传热原理针对温度特性进行仿真建模，分析了减振器的温度特性。

本文以双筒式减振器为研究对象，从试验场采集实车耐久测试道路载荷谱作为信号输入，用减振器耐久台架试验复现的形式，以不同的工作温度作为变量来分析减振器服役期间性能的退化情况。

本文选取3支同规格、同品牌的减振器（工作行程 150 mm）进行测试，采用同一试验台架（德国IST 减振器试验台），以同一路谱信号驱动，选取3种工作温度（分别是60～ 70 ℃、70～80 ℃、80～ 90 ℃）进行路谱台架耐久试验，在试验前、试验中及试验后进行减振器阻尼特性试验。通过3组阻尼特性试验结果分析，获得在不同工作温度下减振器服役特性衰退的情况。

1 减振器路谱信息的获取

本文所采集路谱信息是基于国内某试验场整车综合性耐久试验规范，通过在试验场特定试验道路上模拟用户在社会道路上行驶 200 000 km经历的粗糙路、高速路、城市道路、山路等过程的驾驶操作。采集的路面特征是试验场内模拟实际道路出现的具有典型特征的坏路，车辆行驶在这些路面上载荷损伤程度会比行驶在平缓路面上的载荷损伤程度更加剧烈。在这样特征的组合路面上进行整车耐久试验会大幅缩短试验验证时间、提高验证效率、缩减开发周期。

试验采集的减振器路谱信息数据是国内某车型在满载情况下用拉线位移传感器采集的上端活塞杆与减振器筒体相对运动的位移信号，然后通过相关软件对采集的信号进行处理分析，进而获取到减振器路谱台架耐久试验的输入信号，即减振器位移路谱信号，如图1所示。

图1 减振器位移路谱信号Fig.1 Shock absorber displacement spectrum signal

2 减振器耐久性试验方法

减振器耐久性试验方法依据QC/T 491—2018《汽车减振器性能要求及台架试验方法》中5.12条款路谱可靠性试验方法，通过监控减振器筒体上端靠近油封处的温度来控制减振器的工作温度，采用德国 IST 减振器综合性能试验台进行相关试验，3组测试的工作温度分别为60～70 ℃、70～80 ℃、80～90 ℃，每完成模拟社会道路行驶 50 000 km后分别进行阻尼特性测试（因路谱播放次数与模拟社会道路公里数等效关系涉及企业试验规范机密，故文中不体现具体对应关系），直至完成等效 200 000 km社会道路行驶里程的测试。

2.1 阻尼特性试验条件

①准备：将减振器按要求竖直自由状态放置在常温（23±3 ℃）环境中，静置 2 h以上，再将其垂直安装到试验台上，活塞杆位于减振器工作行程的中间位置。

②排气：以正弦波的方式进行，频率1.67 Hz，行程±50 mm（最大速度0.52 m/s），进行 3 个循环的排气。

③测试：排气结束后，按照排气的测试方式测量0.52 m/s速度下的阻尼特性（具体参数：频率1.273 Hz，振幅±65 mm）。

2.2 路谱可靠性试验方法

①路谱可靠性试验开始前，先测量0.52 m/s速度下的阻尼特性。

②将位移路谱信号导入设备中进行信号迭代，生成驱动信号，准备开始试验。

③调试温度监控装置及压缩空气冷却装置，保证工作温度始终在设定范围内运行。以第一组测试工作温度60～70 ℃为例，若试验过程中工作温度到达70 ℃限制，设备自动停机，待工作温度下降至60 ℃时，设备自动启动，试验继续。

④3组减振器测试的工作温度分别是60～ 70 ℃、70～80 ℃、80～90 ℃。

⑤路谱可靠性测试过程中，每间隔 50 000 km等效社会道路行驶里程进行一次0.52 m/s速度下的阻尼特性测试，直至完成 200 000 km等效社会道路行驶里程。

3 减振器耐久性试验测试结果

选取3支同规格同品牌的减振器，分别以3种工作温度，即60～70 ℃、70～80 ℃、80～90 ℃，按照路谱可靠性试验方法进行测试，每 50 000 km等效社会道路行驶里程下的减振器性能数据见表1，并绘制减振器服役特性曲线，即压缩阻力—行驶里程（Ft-S）曲线如图2所示，复原阻力—行驶里程（Fe-S）曲线如图3所示。

图3 复原阻力—行驶里程（Fe-S）曲线Fig.3 Restitution resistance-mileage (Fe-S) curve

表1 磁流变减振器阻尼特性试验测试结果Tab.1 Test results of damping characteristics of magnetorheological shock absorber

图2 压缩阻力—行驶里程（Ft-S）曲线Fig.2 Compression resistance-mileage (Ft-S) curve

根据减振器服役特性试验的测试结果分析表明，在特定工作温度条件下，减振器的阻尼值会随着行驶里程的增长而减小，10万km等效社会道路行驶里程内阻尼值衰减相对比较缓慢，1×105～2×105km等效社会道路行驶里程内阻尼值衰减相对较快。在不同工作温度条件下，减振器的阻尼衰减值会随着工作温度的升高而增大，即工作温度越高其阻尼值衰减速率越快。

4 结 论

①在特定工作温度条件下获取了减振器服役性能的退化规律，即减振器的阻尼值会随着行驶里程的增长而减小，阻尼衰减速率随车辆行驶里程的增长而增大。

②不同的工作温度对减振器的服役特性影响较大，工作温度升高会导致减振器阻尼值衰减的速率加快。

③本文从测试验证的角度分析了减振器在服役过程中阻尼性能退化状态，同时分析了不同工作温度对减振器服役性能的影响，为减振器的设计开发和优化改进提供了试验数据支持和参考。■