可变阻尼对汽车悬架系统振动性能影响分析

张凯，焦洪宇，王鹏

（常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟 215500）

可变阻尼对汽车悬架系统振动性能影响分析

张凯，焦洪宇，王鹏

（常熟理工学院机械工程学院，江苏常熟 215500）

通过建立1/4悬架系统的理论数模，分析阻尼系数影响系统的幅频特性.在不同的振动频率范围内，阻尼的相应变化将改善悬架系统的输出性能.

汽车悬架；可变阻尼减振器；1/4悬架系统

减振器是车辆悬架系统的重要组成部件，汽车上使用的减振器主要是筒式液力减振器，其作用是衰减由于弹簧系统引起的振动，改善汽车行驶平顺性，提高汽车操纵性和稳定性.现代汽车悬架对液力减振器阻尼的调节一般是根据汽车负荷、行车状态和路面条件控制调节减振器中节流口的流通面积，调整减振器阻尼力，改善非线性汽车悬架系统[1].在非线性汽车悬架系统的研究中，目前集中在非线性阻尼、变刚度、轮胎非线性、非线性控制等方面[2-4]，同时具有电机驱动、压电元件调节阻尼口通流面积来调节阻尼力和以磁流变液调节阻尼力的减振器悬架是汽车工程领域内的研究热点[5,6].本文通过改变阻尼节流口流通面积的方式调节悬架阻尼系数，分析阻尼系数与悬架系统的关系.

1 减震器的结构

普通乘用车常用的是筒式液力减振器.图1所示是单筒充气式减振器的结构.活塞杆与活塞连接后插入筒内，活塞上下腔充满黏性液压油，活塞上有节流孔，使得上下腔中的油液互相流动.油液通过节流孔时将产生阻尼，节流孔越小、油的黏度越大，阻尼力越大.减振器筒的下部装有浮动活塞，移动活塞下部充满高压氮气.在悬架上下振动时，减振器活塞上下移动，弹性系统的振动被减振器阻尼吸收.

2 阻尼系数与结构参数的关系

计算汽车减振器活塞阻尼的主要依据是液压节流原理[7-9].阻尼节流口的流量为

式中：Cd为阀口流量系数；x为阀口开度；A(x)为阀口过流面积；ρ为液压油密度.

减振器阻尼力为

式中：υ为减振器活塞杆的运动速度；δ为减振器阻尼系数；B为液压缸有效工作面积.

上式表明，如果阻尼器节流孔通流面积确定后，阻尼力与活塞运动速度的平方成正比例关系.

从式（2）可得

由（3）式知，减振器的阻尼系数与结构尺寸、油液密度、流量系数和节流孔有关，且与节流口流通面积的平方成反比关系.阻尼系数的大小可通过调整节流孔的流通面积来改变.

减振器的阻尼力与阻尼系数和速度的平方成比例关系.阻尼力变化范围会随着阻尼系数的变化而在宽阔的范围内变化.

图1 单筒充气式减震器结构简图

3 阻尼系数与悬架系统的关系

下面建立1/4悬架系统非线性系统振动模型[10,11].图2中m是车身质量，K为弹簧刚度，δ为减振器阻尼系数，q为路面的不平度.

坐标原点取在静力平衡位置，系统的运动微分方程为

图2 1/4悬架系统模型简图

此振动微分方程的解由自由振动齐次方程的解和非齐次方程特解的和组成.

其中C1、C2由初始状态确定.

汽车悬架簧上质量的振动是周期衰减振动.阻尼对运动的影响取决于阻尼比ζ的大小.

如果ζ值小，振动衰减慢，不利于行驶平顺性；ζ值大能使振动迅速衰减，但会把不平路面的冲击力传到车身.为了使减振器阻尼效果更好，又不传递大的冲击力，阻尼系数δ会在一定的范围内变化.

4 阻尼与悬架系统的关系

5 结论

减振器的阻尼系数影响阻尼力的输出，可以根据系统的振动来调整阻尼系数.车辆在不同的路面的激励情况下，悬架系统的振动频率会发生变化.在不同的频段内，阻尼比的变化可以改善系统的振动输出，阻尼比的变化是由减振器的阻尼改变来实现的.总之，减振器的可变阻尼系数能够改善悬架系统的输出性能.

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Variable Damping of the Automobile Suspension System Vibration Performance Impact Analysis

ZHANG Kai,JIAO Hong-yu,WANG Peng

(School of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

Variable damping affects the vibration of the suspension system performance,the change of shock absorber and the output of the shock absorber damping characteristics.The suspension system of components elastic vibration will decay quickly.Through the establishment of a quarter of the suspension system theory,damping coefficient model analysis affects the system frequency response.In the different vibration frequency range, the corresponding variation of damping will improve the suspension system output performance.

automotive suspension;variable damping shock absorber;1/4 suspension system

TH123

A

1008-2794（2011）10-0091-04

2011-09-16

苏州市科技局项目（SYG201102）.

张凯（1971—），男，黑龙江哈尔滨人，常熟理工学院机械工程学院副教授，研究方向：车辆EMC设计理论及应用，汽车安全性能技术.