汽车悬架双活塞阻尼减振器特性探索

李明杰

摘要：通过对以往普通类型的液压阻尼减振器内部结构实施调整，设计出一种能够符合汽车悬架要求的双活塞阻尼减振器，以此为汽车的稳定运行提供基础保障。本文选择理论分析和试验相结合的方式探索双活塞阻尼减振器的特性。通过试验后发现双活塞阻尼减振器处于伸张的过程中会出现附加的阻尼力，进而使得减振器可做到有效的減振，使得汽车在恶劣环境下行驶时也能保证平稳。

Abstract： By adjusting the internal structure of the common type hydraulic damper， a double-piston damper is designed， which can meet the requirements of the automobile suspension， so as to provide the basic guarantee for the stable operation of the automobile. In this paper， the characteristics of double-piston damper are studied by theoretical analysis and experiment. After the test， it is found that the additional damping force will appear when the Double Piston Damper is in the process of stretching， so that the damper can reduce the vibration effectively and the vehicle can run smoothly under the bad environment.

关键词：汽车悬架;双活塞;阻尼减振器;特性;探索

Key words： automotive suspension;double piston;damping shock absorber;characteristics;exploration

中图分类号：U463.335.1                               文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0047-02

0  引言

近年来随着人们对汽车需求量以及质量要求的不断提升，汽车在设计的过程中，不仅需要拥有较长的使用寿命，同时还需要保证驾驶的平稳性，这样才能够为人们带来更好的驾驶体验。在这种情况下众多学者开始对减振器的功能进行改进和完善，创新减振器的工作模式，研发新型的减振器。在以往的汽车悬架系统中经常使用的减振器为筒式减振器，按照钢筒数量可以分为单筒式减振器和双筒式减振器。为了能够对减振器进行改进，本文在双筒式减振器的基础之上研究了一种双活塞阻尼减振器，能够有效提高限位缓冲水平，让人们在汽车行驶过程中拥有更加舒适的乘坐体验，同时还能够有效增加减振器的使用时间。

1  双活塞阻尼减振器的具体结构以及工作原理

双活塞阻尼减振器的设计基础是双筒式液压阻尼减振器，原有的减振器已经具备活塞结构，在原有结构之上增加了浮动活塞，其目的在于能够使双活塞阻尼减振器拥有限位缓冲的功能。具体的双活塞阻尼减振器结构如图1所示，主要的分为两项，第一是限位弹簧，第二是浮动活塞总成。在浮动活塞中设置花瓣形状的流通槽，在浮动活塞的上方带有支撑螺旋弹簧，如果减振器处于静止的状态，那么弹簧的自由长度将会决定限位缓冲垫和导向套之间的距离，这也代表是减振器自身拉伸限位行程。根据这一原理可以得到只要对弹簧对长度进行调整就可以改变减振器的限位性能，进而使减振器的阻尼特性出现相应的变化。当减振器处于伸张行程的状态时，那限位缓冲垫会和浮动活塞总成进行一定的接触，在接触之后浮动活塞上部的通孔就会有一部分被遮挡住，此时上腔中的油液会逐渐留到下腔的内部。如果活塞杆持续向着拉伸的方向不断移动，限位缓冲垫和浮动活塞总成均会移动，前者移动对后者起到一定的推动作用，进而后者会限位弹簧产生压缩作用，使得限位弹簧也开始向着导向器的位置继续移动。在这种状态下浮动活塞总成上腔内部所拥有的空间会缩小，油液压力上升，并且油液在压力作用的影响下会利用活塞空隙以及限位缓冲垫成为小孔节流的状态，最终产生阻尼压力[1]。

当减振器处于行程转化的过程中，即从原有的伸张行程状态转化为压缩行程状态。在这种情况下活塞杆的移动方向会呈现出相反的状态，浮动活塞也会受到限位弹簧所产生的张力的影响，进而逐渐向下运动。下腔中的油液会经过浮动活塞所具备的通孔以及浮动活塞的上部回流，以此来达到补充上腔空间的效果，也能够促使下次处于伸张行程的时候也可以产生伸张阻尼力。限位弹簧具有簧丝直径小以及弹簧刚度小的特点，因此在实际的应用过程中只能够让浮动活塞回到原来的位置，不会对压缩阻尼力产生过大的影响，可以对此情况忽略不计。

2  对减振器的特性展开理论分析

通过物理结构的角度进行分析，减振器所产生的阻尼作用实际上是由于一系列处于固定状态的节流孔以及处于可变状态节流孔产生共同作用所出现的。因此在对这一理论进行分析过后，本次研究将原有的汽车悬架双活塞阻尼减振器简化为由液压元件所共同构成的等效液压系统，具体的结构组成部分包括：1.液压缸;2.液压限位缓冲器常通孔;3.液压限位缓冲器可变节流孔;4.复原阀常通孔;5.伸张阀常通间隙;6.伸张阀系卸荷阀;7.流通阀系;8.活塞常通孔;9.活动阀座常通孔;10.压缩阀系常通间隙;11.压缩阀系卸荷阀;12.补偿阀系;13.底座常通孔;14.储油缸。根据其工作原理，可以将浮动活塞总成结构等效为由节流面积较小的常通孔和节流面积很大的可变节流孔组成的液压系统。

当这一系统处于正常的工作状态时，可变节流孔会处于全部打开的状态，因此在这种情况下，液压缓冲限位器无法发挥自身的节流作用，而减振器可以产生的阻尼作用会由通过活塞阀的具体油液流量决定。以流体力学理论为基础进行分析，可以得出通过减振器活塞阀结構的油液流量和活塞上表面、活塞下表面油液所产生的压力差值以及阀体节流孔具体面积有着紧密的联系。结合减振器内部结构的特点进行分析，可以得出在活塞杆进行运动时，所能产生的油液流量和活塞杆截面的具体面积、以及活塞杆进行活塞运动时的速度有着紧密的联系。通过一系列的理论分析，最终可以得出当处于正常的工作状态时，减振器产生的阻尼力作用与活塞杆的具体活塞运动速度有着紧密的联系。

当减振器处于逐渐被拉伸状态的时候，部分经过限位缓冲结构可变节流孔的油液会被遮挡住，遮挡油液的是限位缓冲垫。因此时减振器处于不断运动的状态，如果减振器运行到极致行程的状态时，几乎所有的油液都会通过常通孔流过，且因常通孔的节流面积较小，会使得其出现附加阻尼力。以流体理学理论为基础进行分析，可以得出浮动活塞总成上腔和下腔之间的压力差值以及常通孔实际面积对通过浮动活塞孔隙流动的油液量会起到一定的决定性作用。在这个时候活塞杆在运动过程中所产生的油液流量会同时包括两种，第一种是经过伸张阀的油液流量，第二种则是通过浮动活塞孔隙流动的油液流量。对上述内容进行分析可以发现浮动活塞总成上腔和下腔之间的压力差值、活塞杆截面面积均会影响限位缓冲结构所出现的附加阻尼力值。最终可以得出浮动活塞总成所能够产生的附加阻尼力值和活塞的运动速度也有紧密的联系[2]。

3  特性探索试验设计以及试验结果讨论

3.1 特性探索试验方法

参照QC/T545-1999《汽车筒式减振器台架试验方法》，在 MTS 公司生产的减振器试验台上进行本次示功特性试验。对双活塞阻尼减振器试件施加正弦位移激励，行程固定，依次变化频率（每个频率下进行3个循环周期试验），从低速到高速进行试验，得到相应的示功曲线。为了满足用户对汽车运行对需求，本文选取5个测试速度点，即0.05 m/s，0.13 m/s，0.26 m/s、0.39 m/s和0.53 m/s。为了确保能够准确分析出浮动活塞总成设计参数会对减振器特性所造成对影响，在试验中选择4种不同类型的减振器进行试验。1号减振器拥有2个支撑弹簧，浮动活塞通孔尺寸为4×1.4mm，限位缓冲垫属于平垫圈。2号减振器拥有2个支撑弹簧，浮动活塞通孔尺寸为2×1.1mm，限位缓冲垫属于波浪垫圈。3号减振器拥有1个支撑弹簧，浮动活塞通孔尺寸为4×1.4mm，限位缓冲垫属于波浪垫圈。4号减振器拥有1个支撑弹簧，浮动活塞通孔尺寸为4×1.4mm，限位缓冲垫属于平垫圈。

3.2 试验结果分析

第一，如果减振器处于正常的拉伸工作状态，则所产生的拉伸阻尼特性和汽车弹性元件之间处于相匹配的状态;如果拉伸到极限状态，则拉伸阻尼会呈现出持续增加的现象;如果减振器处于压缩行程的状态，阻尼特性不会出现明显的变化。

第二，在伸张行程中所产生的最大阻尼力是由于运动速度最大时已经超过平衡位置，因此如果活塞运动处于平衡的位置状态，那么浮动活塞上部通孔的流通面积也会产生相应的变化，当达到最大阻尼状态时流通面积则处于最小状态。

第三，在同一种类型的浮动活塞总成之下，活塞运动的速度会在相同的位置上存在拐点，并且经过拐点之后阻尼力会持续增加，代表拐点处的位移数值是开始限位缓冲作用的位置。活塞活动速度和阻尼力之间成正比关系，且后者的变化状态属于联系变化状态。

第四，支撑弹簧的刚度水平以及浮动活塞上部通孔具体直径数值都会影响到减振器的阻尼特性。

对上述研究结果进行综合分析，可以得出本文所提出的新型双活塞阻尼减震器能够提高处于伸张行程的阻尼力，但是不会影响到压缩行程状态下的阻尼特性[3]。

4  结束语

本文针对双活塞阻尼减振器建立了一个等效的液压系统模型，对其所具备的阻尼特性展开了详细的理论分析，并展开了特性试验。本文针对双活塞阻尼减振器进行了工作机理分析，并对其实施了台架实验，最终获得了双活塞阻尼减振器的示功特性，在进行试验之后可以发现双活塞阻尼减振器当处于伸张状态时能够出现一定的阻尼力，进而有效提升减振器的减振功能，让汽车在较为恶劣的环境下，也能够保持平稳驾驶。同时在本次研究中也发现应用这种新型的双活塞阻尼减振器还能够提升减振器的使用寿命，能够减少后续人们在汽车减振器维修过程中投入的成本。随着未来汽车设计水平的不断提升，汽车的平稳性也会持续提升。

参考文献：

[1]刘惊涛，冯樱.双筒液压减振器的实验与仿真研究[J].湖北汽车工业学院学报，2017，31（4）：44-48.

[2]廖昌荣，吴笃华，孙凌逸，等.考虑表观滑移效应的磁流变液减振器阻尼特性研究[J].中国公路学报，2017，30（6）：297-306.

[3]朱海燕，苏校，陈小建，等.常温条件下双筒液压减振器动态特性的试验研究[J].润滑与密封，2020，45（6）：101-105，113.