閥控式可調(diào)阻尼減振器與阻尼特性探究

付喜

減振器是汽車懸掛系統(tǒng)中不可或缺的部分，能有效的化解從地面?zhèn)鲗?dǎo)過來的路面的顛簸，確保汽車行駛過程中的安全、可靠與舒適。閥控式可調(diào)阻尼減振器的減振檔位是可調(diào)的。在汽車駕駛員駕駛的過程中可以根據(jù)路面的狀況來切換減振檔位，由于路面情況復(fù)雜多變因而這種行駛的減振器具有非常好的市場前景，對于閥控式可調(diào)阻尼減振器的研究具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

通過Pro/Engineer可以較好的展示可調(diào)式阻尼減振器的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與雙桶充氣式液壓減振裝置類似，與之不同之處在于，在其儲油桶的外部增加了一套閥控可調(diào)節(jié)的阻尼減振器，在阻尼調(diào)節(jié)閥中的單向板閥和單向節(jié)流閥的作用下實(shí)現(xiàn)減振檔位的調(diào)節(jié)。閥控可調(diào)式阻尼減振器的組成包括活塞桿、導(dǎo)向密封、主筒、活塞總成、底閥總成、儲油筒、浮動活塞、安裝支座和阻尼調(diào)節(jié)閥總成等部分。

在閥控可調(diào)式阻尼減振器起作用的過程中，可以控制電磁板閥處于不同的組合開關(guān)狀態(tài)，由于每個開關(guān)都可以有兩種狀態(tài)因而這兩種開關(guān)總共有4中狀態(tài)，形成四種不同的過油通道。這4種不同的組合所形成的減振能力是不同的，可以根據(jù)不同的路面的情況來選擇不同的組合形式以獲得安全、良好的駕駛感受。

閥門形變對阻尼的影響

如果減振器中的減震桿運(yùn)動時速度較快的話，彈性閥片會在油壓的作用下產(chǎn)生形變進(jìn)而發(fā)生漏油的情況，通過閥口端面的過流信息，會產(chǎn)生一定程度的阻力。在這種情況下油會在圓環(huán)槽內(nèi)運(yùn)動。如果運(yùn)動速度過快則很可能會溢出。

假設(shè)圓環(huán)的外徑和內(nèi)徑分別為r1、r2，流經(jīng)圓環(huán)縫隙的前后所形成的壓力分別為p1、P2，那么可以計(jì)算得到圓環(huán)縫隙的寬度。如果液體的流量保持不變，那么閥口的縫隙數(shù)值與所形成的壓力是成反比的關(guān)系。縫隙大則形成的壓力差下；而縫隙小則形成的壓力差大。因而可以知道，在減振器工作的過程中，如果在其他參數(shù)不變的情況下，閥門開口大的話，閥口兩端的壓差就小，那么減振阻尼力就越小；而如果閥口開值較小，那么閥口兩端的壓差就會越大，那么減振阻尼力就會相應(yīng)的增大。

閥門形變量影響因素

本研究與閥控可調(diào)式阻尼減振器為例，對彈性閥片彎曲形變的影響因素進(jìn)行了分析。一般將閥口半徑處的形變量稱為閥口開值。通過對彈性閥片的微分方程的解析可以發(fā)現(xiàn)，法開口值受到擋環(huán)半徑、閥片半徑、閥口半徑以及閥片厚度的影響。在分析的過程中油液壓力、彈性模量以及泊松比保持不變。

擋環(huán)半徑。擋環(huán)半徑處用于對彈性閥片進(jìn)行約束，該半徑會對彈性形變的計(jì)算產(chǎn)生影響，對閥口的開口值產(chǎn)生影響。擋環(huán)半徑變化的過程中彈性閥片的參數(shù)分別是：閥片半徑為14mm，閥口半徑是13mm，閥片厚度是0.3mm。閥開口值和擋環(huán)半徑之間的關(guān)系也非常密切。當(dāng)閥開口值和擋環(huán)半徑分別是（7mm，4mm），（5mm，4.8mm）（4mm，5.4mm），（3mm，5.8mm），（2mm，6.5mm）。從這組數(shù)據(jù)可以看出，隨著擋環(huán)半徑的增加閥開口值會不斷的減小。如果擋環(huán)半徑接近閥片半徑，會導(dǎo)致可形變區(qū)域減小，開口值減小所帶來的影響就是減振器工作過程中的阻尼變大。

閥片半徑。流通和補(bǔ)償閥口在閥片安裝的過程中會被完全遮蔽，但是不會完全覆蓋復(fù)原閥孔和壓縮閥孔，會留出一定的縫隙稱為長通的節(jié)流孔。另外閥片的半徑要小于筒內(nèi)閥體的半徑。通過前面的分析可知，閥片半徑處屬于形變過程中的自由約束端，該數(shù)值會對彈性形變的計(jì)算產(chǎn)生影響，因而會對閥的開口值產(chǎn)生影響。閥片半徑變化時期的彈性參數(shù)為：擋環(huán)半徑為8mm，閥口半徑為13mm，閥片厚度為0.3mm。閥片半徑和閥開口值之間的關(guān)系閥開口值隨著閥片半徑的增大而增大。很明顯，隨著閥片半徑的增大，閥開口值也在發(fā)生著變化。閥片半徑與擋環(huán)半徑二者的差距越大，那么閥片的可形變區(qū)域就越大，進(jìn)而閥開口也會越大，減振器的工作過程中的阻尼就會相應(yīng)的減小。

閥口半徑。由于擋環(huán)半徑和閥片半徑之間都屬于可形變區(qū)域。通過長城系數(shù)的表達(dá)分析，該數(shù)值主要與閥口半徑有關(guān)。假設(shè)閥口半徑變化過程中的彈性閥的系數(shù)為擋環(huán)半徑為8mm，閥片半徑為14mm，閥片厚度為0.3mm。那么閥口半徑和閥開口值之間的關(guān)系是一個正向區(qū)間的單調(diào)增長函數(shù)，隨著閥口半徑的增大，閥開口值呈現(xiàn)出單調(diào)增長的趨勢。由此可以來指導(dǎo)活塞體和底閥上部閥門的位置設(shè)計(jì)。如果閥口的位置與擋環(huán)半徑處很近，那么相應(yīng)的閥開口值就越小，在這種情況下減振器工程過程中的阻尼就大；如果閥口靠近閥片半徑處，那么閥開口值就會越小，使得減振器在工程的過程中阻尼減小。

閥門厚度。在減振器中使用的彈性閥片的厚度一般較小，這種較小的厚度可以實(shí)現(xiàn)對路面狀況的快速響應(yīng)。假設(shè)閥片厚度在變化的過程中彈性閥片的參數(shù)是：擋環(huán)半徑為8mm，閥片半徑為14mm，閥口半徑為13mm。閥片厚度與閥開口值之間的關(guān)系是單調(diào)遞減函數(shù)關(guān)系。隨著閥片厚度的增加，閥開口值會不斷的減小，減振器在工作過程中所產(chǎn)生的阻尼就會逐漸增大。

閥控式可調(diào)阻尼減振器數(shù)學(xué)模型與仿真分析

對閥控可調(diào)阻尼減振器利用matlabsirnulink進(jìn)行了仿真分析，將位移作為輸入?yún)?shù)，將阻尼力作為輸出參數(shù)，通過Simulink構(gòu)建的系統(tǒng)仿真模型。編寫M文件設(shè)置減振器的相關(guān)參數(shù)，然后設(shè)置輸入信號的頻率和幅值，然后進(jìn)行仿真，通過示波器可以查看阻尼力曲線。

在減振1檔位下，將活塞桿的行程設(shè)置為37.5mm，然后改變輸入信號的頻率，得到活塞桿相應(yīng)的最大運(yùn)動速度0.052m/s、0.131m/s、0.262m/s和0.524m/s，然后進(jìn)行仿真。接著分別對2、3、4檔位進(jìn)行仿真，得到對應(yīng)的仿真數(shù)據(jù)。

通過仿真數(shù)據(jù)可知，如果減振器的行程不變，在相同的檔位下活塞桿的運(yùn)動的速度越快，那么復(fù)原阻尼力和壓縮阻尼力越大，且速度越快減振器所做功越多。

通過對閥控是可調(diào)減振器的阻尼特性的分析可知，擋環(huán)半徑、閥片半徑、閥口半徑以及閥片的厚度均會對減振器的阻尼力產(chǎn)生影響，在減振器行程不變的情況下，活塞桿的運(yùn)動速度越快，減振器在工作過程中的阻尼力也會越大。

基金項(xiàng)目：2014年度湖南省永州市市本級科技計(jì)劃項(xiàng)目（永財(cái)企指[2014]33號No.30）1-11-23-500

（作者單位：湖南科技學(xué)院理學(xué)院）endprint