分體雙筒式減振器數學模型的建立

趙皆鶴 杜春曉 朱梓銘

(1.長春工業大學,吉林長春 130000;2.吉林大學,吉林長春 130000;3.93313部隊,吉林長春 130111)

分體雙筒式減振器數學模型的建立

趙皆鶴1杜春曉2朱梓銘3

(1.長春工業大學,吉林長春 130000;2.吉林大學,吉林長春 130000;3.93313部隊,吉林長春 130111)

針對分體雙筒式減振器,對其各個組成部分進行數學分析與建模。通過分析減振器結構和工作原理,在理想工作條件下,建立數學模型,為結構改造方案和控制方案提供了依據。

減振器 數學建模 阻尼特性

減振器作為汽車懸架系統的一個重要組成部分和關鍵零部件，對于車輛的行駛平順性和操縱穩定性有著重要影響[1]。分體雙筒式減振器已經在國外的多種車型中發揮著自身巨大的作用，多數應用于競速賽車，可以有效地衰減車身振動，具有減小曲軸扭轉振動，降低發動機噪聲的效果，同時能有效的提高駕乘人員舒適度。本文在分析分體式充氣可調阻尼減振器的工作原理基礎上，建立其阻尼力的力學模型，對其阻尼特性進行分析。

1 減振器概述

減振器主要由工作缸筒、活塞桿、活塞這三部分組成。活塞是由活塞體和閥片組組成，將主筒隔成兩個空間—壓縮腔和復原腔。

傳統的減振器如圖1所示，它是依據振動原理所設計的，加工成型后參數不可調節，對于不同路況無應變措施；如圖2所示的阻尼可調減震器，主筒與副筒集成為一體，實現了阻尼可調，在副筒安裝了調節機構，可以通過手動調節來改變阻尼力，結合了傳統液壓筒式減振器和充氣式減振器的特點，有效的提高了汽車在駕駛中的平順性及操縱穩定性。

2 分體雙筒式阻尼可調減振器概述

2.1 分體雙筒式阻尼可調減振器工作原理

減震器的工作過程就是壓力的傳動，在壓縮過程中，活塞在低速運動時，油壓較小；在伸張過程中，油壓較大[2]。充氣式可調阻尼減振器是在可調阻尼減振器的基礎上發展起來的，實際上是在原有的可調阻尼減振器中設計一個充氣室，將充氣室中沖入高壓氣體，如圖3所示。當普通可調阻尼減振器的油壓供應不足，壓力調節不能滿足要求時，用充氣室內的高壓氣體作為補充，從而達到穩定持續地供壓以調節阻尼力的目的。

圖1 常用減振器

圖2 阻尼可調減震器

圖3 減振器工作過程圖示

2.2 分體雙筒式阻尼可調減振器的模型建立

由于減振器的工作環境較為特殊，受到諸多因素的影響，例如減震器內油液的粘性、溫度、體積的變化，各元器件間的摩擦等等。因此，我們在忽略外界因素的影響，認為其工作在恒定的理想環境的條件下建立模型，模型如下所示。

2.2.1 壓縮行程建模

據流體力學理論中的流量等式模型[3]，可得壓縮行程的阻尼力、壓縮腔與復原腔壓強的關系為：

其中， Pcf為復原腔壓力， Pcy為壓縮腔壓力、

由于壓縮行程時，主活塞上活塞孔和閥片縫隙共同產生節流壓力，根據小孔分類定義可知，活塞孔屬于細長孔，根據流體力學理論中流量和壓力的串并聯關系，可得 ΔPcm與活塞運動速度 V的關系為[4]：

2.2.2 伸張行程建模

伸張行程的阻尼力和壓縮腔與復原腔壓強的關系為：

其中， prf為復原行程復原腔的壓力， pry為復原行程中壓縮腔壓力，復原行程油液流經的阻尼閥與壓縮行程相同，壓差的計算方式與壓縮行程相同，主筒活塞兩端壓差，副筒阻尼閥兩端壓差。主筒活塞兩端壓差為：

其中， μt為油液動力粘度， lrm為活塞孔長度， drm為活塞孔直徑， n為活塞孔個數， rb為閥片外半徑， r為閥片的閥口位置半徑，frm為閥片變形量。

由壓縮行程建模和伸張行程建模過程可以看出，速度與阻尼存在直接函數關系，調節速度值即可改變阻尼值。另外，其它參數的改變也會使阻尼值發生變化，例如壓縮閥片、介質工作管路、高壓氮氣充氣室、針閥閥片及彈簧閥片。

3 結語

本文分析了減振器的基本原理，研究了阻力特性和相關阻力系數的問題，建立了減振器數學模型，包括壓縮行程和伸張行程的數學模型。通過數學方程的推導，建立了參數化函數關系式，為減振器參數優化設計打下了數學基礎，為后續的結構改造方案提供了依據。

[1]陳家瑞.汽車構造[M].北京:機械工業出版社,2009.

[2]李世民,呂振華.汽車筒式液阻減振器技術的發展[J].汽車技術,2001.8.

[3]張也影.流體力學[M].北京:高等教育出版社,1986.

[4]鄭軼鵬.關于具有阻尼特性的減振器數學模型[J].四川教育學院學報,2009.

趙皆鶴,男,1987年4月出生,在校學生,研究方向:電氣工程及自動化、車輛工程。