汽車懸架雙活塞阻尼減振器特性探索

李明杰

摘要：通過對以往普通類型的液壓阻尼減振器內部結構實施調整，設計出一種能夠符合汽車懸架要求的雙活塞阻尼減振器，以此為汽車的穩定運行提供基礎保障。本文選擇理論分析和試驗相結合的方式探索雙活塞阻尼減振器的特性。通過試驗后發現雙活塞阻尼減振器處于伸張的過程中會出現附加的阻尼力，進而使得減振器可做到有效的減振，使得汽車在惡劣環境下行駛時也能保證平穩。

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.

關鍵詞：汽車懸架;雙活塞;阻尼減振器;特性;探索

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

中圖分類號：U463.335.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0047-02

0? 引言

近年來隨著人們對汽車需求量以及質量要求的不斷提升，汽車在設計的過程中，不僅需要擁有較長的使用壽命，同時還需要保證駕駛的平穩性，這樣才能夠為人們帶來更好的駕駛體驗。在這種情況下眾多學者開始對減振器的功能進行改進和完善，創新減振器的工作模式，研發新型的減振器。在以往的汽車懸架系統中經常使用的減振器為筒式減振器，按照鋼筒數量可以分為單筒式減振器和雙筒式減振器。為了能夠對減振器進行改進，本文在雙筒式減振器的基礎之上研究了一種雙活塞阻尼減振器，能夠有效提高限位緩沖水平，讓人們在汽車行駛過程中擁有更加舒適的乘坐體驗，同時還能夠有效增加減振器的使用時間。

1? 雙活塞阻尼減振器的具體結構以及工作原理

雙活塞阻尼減振器的設計基礎是雙筒式液壓阻尼減振器，原有的減振器已經具備活塞結構，在原有結構之上增加了浮動活塞，其目的在于能夠使雙活塞阻尼減振器擁有限位緩沖的功能。具體的雙活塞阻尼減振器結構如圖1所示，主要的分為兩項，第一是限位彈簧，第二是浮動活塞總成。在浮動活塞中設置花瓣形狀的流通槽，在浮動活塞的上方帶有支撐螺旋彈簧，如果減振器處于靜止的狀態，那么彈簧的自由長度將會決定限位緩沖墊和導向套之間的距離，這也代表是減振器自身拉伸限位行程。根據這一原理可以得到只要對彈簧對長度進行調整就可以改變減振器的限位性能，進而使減振器的阻尼特性出現相應的變化。當減振器處于伸張行程的狀態時，那限位緩沖墊會和浮動活塞總成進行一定的接觸，在接觸之后浮動活塞上部的通孔就會有一部分被遮擋住，此時上腔中的油液會逐漸留到下腔的內部。如果活塞桿持續向著拉伸的方向不斷移動，限位緩沖墊和浮動活塞總成均會移動，前者移動對后者起到一定的推動作用，進而后者會限位彈簧產生壓縮作用，使得限位彈簧也開始向著導向器的位置繼續移動。在這種狀態下浮動活塞總成上腔內部所擁有的空間會縮小，油液壓力上升，并且油液在壓力作用的影響下會利用活塞空隙以及限位緩沖墊成為小孔節流的狀態，最終產生阻尼壓力[1]。

當減振器處于行程轉化的過程中，即從原有的伸張行程狀態轉化為壓縮行程狀態。在這種情況下活塞桿的移動方向會呈現出相反的狀態，浮動活塞也會受到限位彈簧所產生的張力的影響，進而逐漸向下運動。下腔中的油液會經過浮動活塞所具備的通孔以及浮動活塞的上部回流，以此來達到補充上腔空間的效果，也能夠促使下次處于伸張行程的時候也可以產生伸張阻尼力。限位彈簧具有簧絲直徑小以及彈簧剛度小的特點，因此在實際的應用過程中只能夠讓浮動活塞回到原來的位置，不會對壓縮阻尼力產生過大的影響，可以對此情況忽略不計。

2? 對減振器的特性展開理論分析

通過物理結構的角度進行分析，減振器所產生的阻尼作用實際上是由于一系列處于固定狀態的節流孔以及處于可變狀態節流孔產生共同作用所出現的。因此在對這一理論進行分析過后，本次研究將原有的汽車懸架雙活塞阻尼減振器簡化為由液壓元件所共同構成的等效液壓系統，具體的結構組成部分包括：1.液壓缸;2.液壓限位緩沖器常通孔;3.液壓限位緩沖器可變節流孔;4.復原閥常通孔;5.伸張閥常通間隙;6.伸張閥系卸荷閥;7.流通閥系;8.活塞常通孔;9.活動閥座常通孔;10.壓縮閥系常通間隙;11.壓縮閥系卸荷閥;12.補償閥系;13.底座常通孔;14.儲油缸。根據其工作原理，可以將浮動活塞總成結構等效為由節流面積較小的常通孔和節流面積很大的可變節流孔組成的液壓系統。

當這一系統處于正常的工作狀態時，可變節流孔會處于全部打開的狀態，因此在這種情況下，液壓緩沖限位器無法發揮自身的節流作用，而減振器可以產生的阻尼作用會由通過活塞閥的具體油液流量決定。以流體力學理論為基礎進行分析，可以得出通過減振器活塞閥結構的油液流量和活塞上表面、活塞下表面油液所產生的壓力差值以及閥體節流孔具體面積有著緊密的聯系。結合減振器內部結構的特點進行分析，可以得出在活塞桿進行運動時，所能產生的油液流量和活塞桿截面的具體面積、以及活塞桿進行活塞運動時的速度有著緊密的聯系。通過一系列的理論分析，最終可以得出當處于正常的工作狀態時，減振器產生的阻尼力作用與活塞桿的具體活塞運動速度有著緊密的聯系。

當減振器處于逐漸被拉伸狀態的時候，部分經過限位緩沖結構可變節流孔的油液會被遮擋住，遮擋油液的是限位緩沖墊。因此時減振器處于不斷運動的狀態，如果減振器運行到極致行程的狀態時，幾乎所有的油液都會通過常通孔流過，且因常通孔的節流面積較小，會使得其出現附加阻尼力。以流體理學理論為基礎進行分析，可以得出浮動活塞總成上腔和下腔之間的壓力差值以及常通孔實際面積對通過浮動活塞孔隙流動的油液量會起到一定的決定性作用。在這個時候活塞桿在運動過程中所產生的油液流量會同時包括兩種，第一種是經過伸張閥的油液流量，第二種則是通過浮動活塞孔隙流動的油液流量。對上述內容進行分析可以發現浮動活塞總成上腔和下腔之間的壓力差值、活塞桿截面面積均會影響限位緩沖結構所出現的附加阻尼力值。最終可以得出浮動活塞總成所能夠產生的附加阻尼力值和活塞的運動速度也有緊密的聯系[2]。

3? 特性探索試驗設計以及試驗結果討論

3.1 特性探索試驗方法

參照QC/T545-1999《汽車筒式減振器臺架試驗方法》，在 MTS 公司生產的減振器試驗臺上進行本次示功特性試驗。對雙活塞阻尼減振器試件施加正弦位移激勵，行程固定，依次變化頻率（每個頻率下進行3個循環周期試驗），從低速到高速進行試驗，得到相應的示功曲線。為了滿足用戶對汽車運行對需求，本文選取5個測試速度點，即0.05 m/s，0.13 m/s，0.26 m/s、0.39 m/s和0.53 m/s。為了確保能夠準確分析出浮動活塞總成設計參數會對減振器特性所造成對影響，在試驗中選擇4種不同類型的減振器進行試驗。1號減振器擁有2個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為4×1.4mm，限位緩沖墊屬于平墊圈。2號減振器擁有2個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為2×1.1mm，限位緩沖墊屬于波浪墊圈。3號減振器擁有1個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為4×1.4mm，限位緩沖墊屬于波浪墊圈。4號減振器擁有1個支撐彈簧，浮動活塞通孔尺寸為4×1.4mm，限位緩沖墊屬于平墊圈。

3.2 試驗結果分析

第一，如果減振器處于正常的拉伸工作狀態，則所產生的拉伸阻尼特性和汽車彈性元件之間處于相匹配的狀態;如果拉伸到極限狀態，則拉伸阻尼會呈現出持續增加的現象;如果減振器處于壓縮行程的狀態，阻尼特性不會出現明顯的變化。

第二，在伸張行程中所產生的最大阻尼力是由于運動速度最大時已經超過平衡位置，因此如果活塞運動處于平衡的位置狀態，那么浮動活塞上部通孔的流通面積也會產生相應的變化，當達到最大阻尼狀態時流通面積則處于最小狀態。

第三，在同一種類型的浮動活塞總成之下，活塞運動的速度會在相同的位置上存在拐點，并且經過拐點之后阻尼力會持續增加，代表拐點處的位移數值是開始限位緩沖作用的位置。活塞活動速度和阻尼力之間成正比關系，且后者的變化狀態屬于聯系變化狀態。

第四，支撐彈簧的剛度水平以及浮動活塞上部通孔具體直徑數值都會影響到減振器的阻尼特性。

對上述研究結果進行綜合分析，可以得出本文所提出的新型雙活塞阻尼減震器能夠提高處于伸張行程的阻尼力，但是不會影響到壓縮行程狀態下的阻尼特性[3]。

4? 結束語

本文針對雙活塞阻尼減振器建立了一個等效的液壓系統模型，對其所具備的阻尼特性展開了詳細的理論分析，并展開了特性試驗。本文針對雙活塞阻尼減振器進行了工作機理分析，并對其實施了臺架實驗，最終獲得了雙活塞阻尼減振器的示功特性，在進行試驗之后可以發現雙活塞阻尼減振器當處于伸張狀態時能夠出現一定的阻尼力，進而有效提升減振器的減振功能，讓汽車在較為惡劣的環境下，也能夠保持平穩駕駛。同時在本次研究中也發現應用這種新型的雙活塞阻尼減振器還能夠提升減振器的使用壽命，能夠減少后續人們在汽車減振器維修過程中投入的成本。隨著未來汽車設計水平的不斷提升，汽車的平穩性也會持續提升。

參考文獻：

[1]劉驚濤，馮櫻.雙筒液壓減振器的實驗與仿真研究[J].湖北汽車工業學院學報，2017，31（4）：44-48.

[2]廖昌榮，吳篤華，孫凌逸，等.考慮表觀滑移效應的磁流變液減振器阻尼特性研究[J].中國公路學報，2017，30（6）：297-306.

[3]朱海燕，蘇校，陳小建，等.常溫條件下雙筒液壓減振器動態特性的試驗研究[J].潤滑與密封，2020，45（6）：101-105，113.