分体双筒式减振器数学模型的建立

赵皆鹤 杜春晓 朱梓铭

(1.长春工业大学,吉林长春 130000;2.吉林大学,吉林长春 130000;3.93313部队,吉林长春 130111)

分体双筒式减振器数学模型的建立

赵皆鹤1杜春晓2朱梓铭3

(1.长春工业大学,吉林长春 130000;2.吉林大学,吉林长春 130000;3.93313部队,吉林长春 130111)

针对分体双筒式减振器,对其各个组成部分进行数学分析与建模。通过分析减振器结构和工作原理,在理想工作条件下,建立数学模型,为结构改造方案和控制方案提供了依据。

减振器 数学建模 阻尼特性

减振器作为汽车悬架系统的一个重要组成部分和关键零部件，对于车辆的行驶平顺性和操纵稳定性有着重要影响[1]。分体双筒式减振器已经在国外的多种车型中发挥着自身巨大的作用，多数应用于竞速赛车，可以有效地衰减车身振动，具有减小曲轴扭转振动，降低发动机噪声的效果，同时能有效的提高驾乘人员舒适度。本文在分析分体式充气可调阻尼减振器的工作原理基础上，建立其阻尼力的力学模型，对其阻尼特性进行分析。

1 减振器概述

减振器主要由工作缸筒、活塞杆、活塞这三部分组成。活塞是由活塞体和阀片组组成，将主筒隔成两个空间—压缩腔和复原腔。

传统的减振器如图1所示，它是依据振动原理所设计的，加工成型后参数不可调节，对于不同路况无应变措施；如图2所示的阻尼可调减震器，主筒与副筒集成为一体，实现了阻尼可调，在副筒安装了调节机构，可以通过手动调节来改变阻尼力，结合了传统液压筒式减振器和充气式减振器的特点，有效的提高了汽车在驾驶中的平顺性及操纵稳定性。

2 分体双筒式阻尼可调减振器概述

2.1 分体双筒式阻尼可调减振器工作原理

减震器的工作过程就是压力的传动，在压缩过程中，活塞在低速运动时，油压较小；在伸张过程中，油压较大[2]。充气式可调阻尼减振器是在可调阻尼减振器的基础上发展起来的，实际上是在原有的可调阻尼减振器中设计一个充气室，将充气室中冲入高压气体，如图3所示。当普通可调阻尼减振器的油压供应不足，压力调节不能满足要求时，用充气室内的高压气体作为补充，从而达到稳定持续地供压以调节阻尼力的目的。

图1 常用减振器

图2 阻尼可调减震器

图3 减振器工作过程图示

2.2 分体双筒式阻尼可调减振器的模型建立

由于减振器的工作环境较为特殊，受到诸多因素的影响，例如减震器内油液的粘性、温度、体积的变化，各元器件间的摩擦等等。因此，我们在忽略外界因素的影响，认为其工作在恒定的理想环境的条件下建立模型，模型如下所示。

2.2.1 压缩行程建模

据流体力学理论中的流量等式模型[3]，可得压缩行程的阻尼力、压缩腔与复原腔压强的关系为：

其中， Pcf为复原腔压力， Pcy为压缩腔压力、

由于压缩行程时，主活塞上活塞孔和阀片缝隙共同产生节流压力，根据小孔分类定义可知，活塞孔属于细长孔，根据流体力学理论中流量和压力的串并联关系，可得 ΔPcm与活塞运动速度 V的关系为[4]：

2.2.2 伸张行程建模

伸张行程的阻尼力和压缩腔与复原腔压强的关系为：

其中， prf为复原行程复原腔的压力， pry为复原行程中压缩腔压力，复原行程油液流经的阻尼阀与压缩行程相同，压差的计算方式与压缩行程相同，主筒活塞两端压差，副筒阻尼阀两端压差。主筒活塞两端压差为：

其中， μt为油液动力粘度， lrm为活塞孔长度， drm为活塞孔直径， n为活塞孔个数， rb为阀片外半径， r为阀片的阀口位置半径，frm为阀片变形量。

由压缩行程建模和伸张行程建模过程可以看出，速度与阻尼存在直接函数关系，调节速度值即可改变阻尼值。另外，其它参数的改变也会使阻尼值发生变化，例如压缩阀片、介质工作管路、高压氮气充气室、针阀阀片及弹簧阀片。

3 结语

本文分析了减振器的基本原理，研究了阻力特性和相关阻力系数的问题，建立了减振器数学模型，包括压缩行程和伸张行程的数学模型。通过数学方程的推导，建立了参数化函数关系式，为减振器参数优化设计打下了数学基础，为后续的结构改造方案提供了依据。

[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]李世民,吕振华.汽车筒式液阻减振器技术的发展[J].汽车技术,2001.8.

[3]张也影.流体力学[M].北京:高等教育出版社,1986.

[4]郑轶鹏.关于具有阻尼特性的减振器数学模型[J].四川教育学院学报,2009.

赵皆鹤,男,1987年4月出生,在校学生,研究方向:电气工程及自动化、车辆工程。