某车用单筒充气式液压减振器外特性仿真.pdf

轻型汽车技术2015(8)
技术纵横7
某车用单筒充气式液压减振器外特性仿真
王金1陈锦东1朱允芝2
(1南京依维柯汽车有限公司2上海大众汽车有限公司南京分公司)
摘要:以某车用充气式液压减振器为例,介绍了其结构特点及工作原理,并
建立了阻尼力的数学模型。用 MATLAB/ simulink软件搭建了模型并进行了仿真
计算,得到了充气式液压减振器外特性曲线,为减振器结构参数的优化设计提供
了理论支持
关键词:充气式液压减振器数学模型仿真计算外特性曲线
1引言
尼器对振动能量起衰减作用,消耗由车轮传递的
减振器在车辆悬架系统中发挥着重要的作地面起伏不平的动能。阻尼器是减振器的核心,其
用,作为汽车底盘的主要阻尼原件,其不仅影响车工作原理是通过液压油流经阻尼孔及网门产生的
辆的舒适性,还关乎车辆的安全性和操纵性:充气衰减力,使弹簧的位能转换为油液的热损失。
式液压减振器内充有压缩气体,能明显提高减振
减振器是车辆的关键组件,肩负着车辆的好
器的临界速度,从而有效消除外特性踦变,改善减多重要性能:对车身和承载质量作弹性支撑,决定
振器性能,提高车辆悬架系统品质。
车辆的承载能力;衰减不平路面对骑乘者造成的
充气式减振器是20世纪六七十年代以来发振动(衰减振幅、频率、噪声)、减少车身和骑乘者
展起来的一种新型减振器。与传统减振器相比较,所受的惯性力、保证车辆行驶的平顺性和舒适性;
具有以下优点:由于采用浮动活塞而减少了一套抑制不平路面造成的弹性车轮的持续跳动,改善
阀门系统,使结构大为简化,零件数约减少巧车辆的接地性,从而改善安全性;减少车辆行驶中
15%:振器内充有高压气体,能有效消除高频振?突发的强烈冲击、保护车上各部件、仪表和骑乘
动和噪声,改善汽车的平顺性和轮胎的接地性;高者,进而提高车辆各构件可幕性和寿命。
压气体与油液被浮动活塞隔开,消除了油液的乳
影响减振器特性的因素很多,要想建立完全
化现象;江作缸和活塞直径较大,单位行程中流经精确的減振器模型是非常复杂和困难的,在保证
阀的流量较传统減振器大几倍,故在同样泄流的模型足够精度的条件下做一些假设:
不利工作条件下,仍能产生足够的阻尼力叫。由于
1、同一瞬时阻尼器各腔室内压力处处相等;
具有诸多优点,充气式减振器在一些高级轿车中
2、活塞和缸筒、活塞杄和导套之间没有液体
得到越来越多的应用。
泄漏;
减振器由振弹和阻尼器组成,减振弹簧
3、油液的体积弹性模量不变
将减振的动能转换为弹簧的位能,提供缓冲,而阻
在一个压缩、复原工作循环内,减振器油液
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温度保持不变;
液通过活塞体中间的常通通道向活塞下腔流动。
5、不计油液流动产生的势能变化的影响
当活塞运动速度较大时,活塞上下压力差达到一
2充气式液压滅振器结构和工作原定值,克服了复原阀弹簧的预紧力,复原阀被打
理
开,油液流通通道截面积增大,油压迅速被卸载
图1是某车充气式液压减振器结构示意图。
大部分油液通过复原阀流入下腔。
其主要由油缸、活塞和活塞杆、复原阀和压缩阀及3充气式液压減振器数学模型
浮动活塞等组成啊。活塞把油缸分为复原腔e和
车辆行驶过程中的振动是一个双自由度系
压缩腔c,并设有一气室,通过浮动活塞将气室和统,即路面不平引起的车辆随机振动和车身的自
压缩腔的油液分离。气室内充有2-2.5Mpa的氮由振动。由于车轮的刚度远大于悬架的刚度,而
气,用来补偿工作过程压缩腔油液体积变化,减少车轮的质量远小于车身的质量,可近似认为车轮
气穴现象的发生。当阻尼器在乐缩行程时,主活塞为刚体,减振器的模型可以简化为单自由度弹簧
向下移动,压缩腔液压油受压,压力p增大,压缩质量阻尼系统,如图2所示。y为路面不平引起的
阀在设定的压力差下打开,油液从压缩腔进人复车轮位移,x为悬架位移。
原腔,多余油液使乐缩腔油液压力n。増大,推动浮
动活塞向下运动,气室的容积减小,气压Pa升高
当阻尼器在复原行程时,主活塞向上移动,复原腔
压力p増大,P减小,复原阀在设定的压力差下打
k
开,复原腔液通过复原阀进入压缩腔;同时在气室
压力p,的推动下浮动活塞向上运动,气室的容积
增大,补偿因活塞杆占用体积造成复原腔进入压
缩腔油液的不足。
压缩
复原
图2减振器物理模型
缸筒
阻尼器的受力由三部分组成:弹性力、摩擦
复原腔
力、液压阻尼力
压缩阀
活塞杆
3.1弹性力模型
活塞
F=kx
(1)
压缩腔
式中k弹性系数
复原阀
一活塞杄相对缸筒的运动位移
气室
浮动活塞
3.2液压阻尼力模型
充气式液压减振器工作过程分为压缩和复原
行程,两个行程分别是由压缩阀和复原来实现
图1充气式液压减振器结构示意图
节流的,但两个阀都是单向阀,节流方式相同,只
当活塞运动速度较小时,活塞上下压力差小不过节流面积不一样。为了提高车辆行驶过程
于复原阀弹簧的预紧力,复原阀仍然关闭。这时油中的舒适性,要求复原行程的阻尼力大于压缩行