车辆悬架减震系统阻尼设计思路

□霍汝锋

一、车辆悬架的意义及种类

(一)车辆悬架的意义。车辆悬架是车身、车架和车轮之间的连接系统。这个悬架系统包括防震器、防倾杆、悬架弹簧、连杆等，这些部件可以在车辆地行驶过程中起到重要作用，它们可以缓冲车辆受到的压力和冲击力，使车辆正常平稳行驶。悬架在车辆中起到很大的作用，它可以将车架和车轮连接起来，车辆在很多方面都受悬架系统的影响。这个悬架系统既可以达到人们对汽车舒适度的要求，还可以使车辆平稳工作达到安全的效果。

(二)车辆悬架的种类。车辆悬架可以分为两种，包括非独立悬架和独立悬架。非独立悬架的相连物是一个整体，当车辆的一侧发生震动时，另外一侧也跟着产生相应动作。非独立悬架系统的结构比较简单而且所需要的费用较低，但是难以达到人们对舒适度的要求。一般大型货车应用非独立悬架系统。而独立悬架的两侧可以单独运动，不受另一侧的影响。独立悬架的重量比较小，这样就可以减轻车辆受到的压力;把车辆的发动机等部件位置降低后可以提高车辆的稳定性;独立悬架由于两侧运动不受影响可以使车身的倾斜度和震动性有所降低;但是这样的独立悬挂所需要的费用较高而且占据的空间较大。现在大部分小轿车应用独立悬架系统。

二、减震器的种类及应用

(一)减震器的种类。按照减震器的材料可将减震器分为吊饰减震器、空气弹簧减震器、管道减震器、钢丝绳减震器、塑料减震器等。按照使用形态可分为液压减震器和充气式减震器。每一种减震器又有不同的类型，比如橡胶减震器包括压缩型减震器、剪切型减震器、复合型减震器和圆筒形减震器。

(二)减震器的应用。目前减震器广泛应用于各种机械、汽车、飞机及其他航空器中。减震器的主要作用就是减少震动，减少因震动而带来的损失。减震器在车辆当中既要承受车辆带来的压力，缓解因重力作用而带来的镇压，又要调节车轮胎上下的不规则运动。现在在铁路中火车的行驶速度越来越快，在行驶过程中对各部位零件的压力和磨损也越来越厉害，因而对抗震的要求也越来越高。在铁路中火车需要减震器来减少压力，铁路轨道也需要用减震器来减少火车对铁轨的冲击力。在一些工程中如桥梁减震器的加入，能够减少桥墩的压力、还可以迎合因热胀冷缩而引起的变化。除此之外在我们的房屋建筑中，减震器也起着相当重要的作用，能够起到抗震的效果。

三、减震器的工作过程

液力减震器的工作过程即为车架和车桥运动时减震器内的活塞随车架和车桥的运动而产生的向上向下移动，减震器内部的油滴可以循环不断地从一个空隙流进其他的空隙，这样循环增加了摩擦力，从而降低了对震动产生的阻力。筒式减震器包括复原阀、补偿阀、压缩阀和流通阀，当筒式减震器工作的时候复原阀和压缩阀决定了减震器工作原理。工作原理包括复原行程和压缩行程。不同的行程使油液进入不同的阀内，并产生相应的压力。当减震器处于复原行程时，油液可以循环进入复原阀和补偿阀，当减震器处于压缩行程时，油液可以循环进入流通阀和压缩阀。在复原行程过程中形成复原节流压力，在压缩行程过程中形成压缩节流压力。

四、减震器的设计

(一)设计的特点。阻尼器的种类很多，有空气阻尼器、电磁阻尼器、液压阻尼器等等。凯越车上使用的是液压阻尼器。弹簧在受到外力冲击后会立即缩短，在外力消失后又会立即恢复原状，这样就会使车身发生跳动，如果没有阻尼，车轮压到一块小石头或者一个小坑时，车身会跳起来，令人感觉很不舒服。有了阻尼器，弹簧的压缩和伸展就会变得缓慢，瞬间的多次弹跳合并为一次比较平缓的弹跳，一次大的弹跳减弱为一次小的弹跳，从而起到减震的作用。

(二)阻尼设计的原则。减震器有最佳的阻尼系数，车辆悬架和减震器的作用略有差异，车辆悬架在承受车身重量的同时，可以减弱因地面的坎坷而造成的震动，而减震器所起到的作用是抑制震动。在车辆行驶的过程中，如果车辆对路面产生的冲击力受悬架系统阻尼比的影响，它们之间在一定条件下成正比。当悬架系统阻尼比太小时对于调节舒适度增加了困难。通常情况下，压缩行程的悬架阻尼比对于复原形成来说要稍微小一些，这是因为在压缩行程的过程中为了更加充分地运用部件的缓冲作用，而尽可能减小减震器对地面的冲击力。

(三)减震器阻尼的特性。在通常情况下，减震器阻尼是用线性分段来展现给我们的，这是因为减震阻尼大都是非线性的。减震器是有一定使用年限的，为了延长它的使用年限，减震器第一次开阀时的速度要小一些。在平坦的道路上行驶的时候不需要开阀，当地面坎坷路况较差的时候，为了保护车辆，防止减震器的撞击我们要把开阀速度调的高一些。减震器可以不开阀，同时它也有最大开阀速度，当开阀速度处于初次开阀和最大开阀之间时，节流阀的开度与速度成正比。除此非线性特点之外压缩行程和伸张行程初次开阀速度点和最大开阀速度点也可以画出一条光滑的曲线。为了坚定所设计模型是否合理可以进行仿真检验，可以将车辆以一个确定的速度行驶在道路上，逐渐加速并且记录下来，画出相应的曲线，之后与之前的仿真曲线进行比较，便可查看仿真模拟的效果。

(四)减震器阻尼设计过程。减震器阻尼设计有常通节流设计、节流阀片设计和其他设计。常通节流设计可以根据减震器速度处于初次开阀和最大开阀之间时的特点，建立一个设计目标函数，常通节流设计和节流阀片设计都与目标函数有很密切的关系。当设计目标达到最大或最小点时，相对应的速度即为常通节流的最优速度，同时当阀片厚度达到设计目标的最大或最小点时，相对应的阀片厚度即为最优厚度。减震器设计时要注意合理的搭配，要想设计出合理的、适用的减震器，首先要建立模型进行仿真操作，只有先通过仿真操作才能使用较好的悬挂系统使车辆的震动得到改善。在进行模型仿真操作时要综合多方面的因素，既要考虑地面所引起的震动幅度大小，又要考虑悬架的变形对震动所产生的影响，然后将原先整理好的子系统模板经过恰当的方式组装起来，连接成整个的车型。模板(包括前悬架、后悬架、转向系、前轮胎、后轮胎等)将其经过转换变为子系统(前悬架系统、后悬架系统、转向系统、前轮胎系统、车身系统等)，再经过信号交换器即可成为整车模型。

五、结语

了解了车辆悬挂减震系统的功能、应用以及减震器的设计，就可以根据车辆悬挂系统的结构特点和非线性阻尼减震特点来建立一个模拟仿真模型，通过模拟仿真模型得到分线短的曲线，可以将实际车辆行驶在道路上记录并且画出相应曲线，将这两条曲线进行对比，如果符合度高则该设计合理，可以进行实际的阻尼设计。要想使设计出的车辆悬架得到最佳的阻尼搭配，必须使减震器模拟仿真曲线和最佳阻尼的要求相符合，只有这样才能使设计更加准确、可靠。

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