車(chē)輛懸架減震系統(tǒng)阻尼設(shè)計(jì)思路

□霍汝鋒

一、車(chē)輛懸架的意義及種類(lèi)

(一)車(chē)輛懸架的意義。車(chē)輛懸架是車(chē)身、車(chē)架和車(chē)輪之間的連接系統(tǒng)。這個(gè)懸架系統(tǒng)包括防震器、防傾桿、懸架彈簧、連桿等，這些部件可以在車(chē)輛地行駛過(guò)程中起到重要作用，它們可以緩沖車(chē)輛受到的壓力和沖擊力，使車(chē)輛正常平穩(wěn)行駛。懸架在車(chē)輛中起到很大的作用，它可以將車(chē)架和車(chē)輪連接起來(lái)，車(chē)輛在很多方面都受懸架系統(tǒng)的影響。這個(gè)懸架系統(tǒng)既可以達(dá)到人們對(duì)汽車(chē)舒適度的要求，還可以使車(chē)輛平穩(wěn)工作達(dá)到安全的效果。

(二)車(chē)輛懸架的種類(lèi)。車(chē)輛懸架可以分為兩種，包括非獨(dú)立懸架和獨(dú)立懸架。非獨(dú)立懸架的相連物是一個(gè)整體，當(dāng)車(chē)輛的一側(cè)發(fā)生震動(dòng)時(shí)，另外一側(cè)也跟著產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。非獨(dú)立懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單而且所需要的費(fèi)用較低，但是難以達(dá)到人們對(duì)舒適度的要求。一般大型貨車(chē)應(yīng)用非獨(dú)立懸架系統(tǒng)。而獨(dú)立懸架的兩側(cè)可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，不受另一側(cè)的影響。獨(dú)立懸架的重量比較小，這樣就可以減輕車(chē)輛受到的壓力;把車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)等部件位置降低后可以提高車(chē)輛的穩(wěn)定性;獨(dú)立懸架由于兩側(cè)運(yùn)動(dòng)不受影響可以使車(chē)身的傾斜度和震動(dòng)性有所降低;但是這樣的獨(dú)立懸掛所需要的費(fèi)用較高而且占據(jù)的空間較大。現(xiàn)在大部分小轎車(chē)應(yīng)用獨(dú)立懸架系統(tǒng)。

二、減震器的種類(lèi)及應(yīng)用

(一)減震器的種類(lèi)。按照減震器的材料可將減震器分為吊飾減震器、空氣彈簧減震器、管道減震器、鋼絲繩減震器、塑料減震器等。按照使用形態(tài)可分為液壓減震器和充氣式減震器。每一種減震器又有不同的類(lèi)型，比如橡膠減震器包括壓縮型減震器、剪切型減震器、復(fù)合型減震器和圓筒形減震器。

(二)減震器的應(yīng)用。目前減震器廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、汽車(chē)、飛機(jī)及其他航空器中。減震器的主要作用就是減少震動(dòng)，減少因震動(dòng)而帶來(lái)的損失。減震器在車(chē)輛當(dāng)中既要承受車(chē)輛帶來(lái)的壓力，緩解因重力作用而帶來(lái)的鎮(zhèn)壓，又要調(diào)節(jié)車(chē)輪胎上下的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在在鐵路中火車(chē)的行駛速度越來(lái)越快，在行駛過(guò)程中對(duì)各部位零件的壓力和磨損也越來(lái)越厲害，因而對(duì)抗震的要求也越來(lái)越高。在鐵路中火車(chē)需要減震器來(lái)減少壓力，鐵路軌道也需要用減震器來(lái)減少火車(chē)對(duì)鐵軌的沖擊力。在一些工程中如橋梁減震器的加入，能夠減少橋墩的壓力、還可以迎合因熱脹冷縮而引起的變化。除此之外在我們的房屋建筑中，減震器也起著相當(dāng)重要的作用，能夠起到抗震的效果。

三、減震器的工作過(guò)程

液力減震器的工作過(guò)程即為車(chē)架和車(chē)橋運(yùn)動(dòng)時(shí)減震器內(nèi)的活塞隨車(chē)架和車(chē)橋的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的向上向下移動(dòng)，減震器內(nèi)部的油滴可以循環(huán)不斷地從一個(gè)空隙流進(jìn)其他的空隙，這樣循環(huán)增加了摩擦力，從而降低了對(duì)震動(dòng)產(chǎn)生的阻力。筒式減震器包括復(fù)原閥、補(bǔ)償閥、壓縮閥和流通閥，當(dāng)筒式減震器工作的時(shí)候復(fù)原閥和壓縮閥決定了減震器工作原理。工作原理包括復(fù)原行程和壓縮行程。不同的行程使油液進(jìn)入不同的閥內(nèi)，并產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。當(dāng)減震器處于復(fù)原行程時(shí)，油液可以循環(huán)進(jìn)入復(fù)原閥和補(bǔ)償閥，當(dāng)減震器處于壓縮行程時(shí)，油液可以循環(huán)進(jìn)入流通閥和壓縮閥。在復(fù)原行程過(guò)程中形成復(fù)原節(jié)流壓力，在壓縮行程過(guò)程中形成壓縮節(jié)流壓力。

四、減震器的設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。阻尼器的種類(lèi)很多，有空氣阻尼器、電磁阻尼器、液壓阻尼器等等。凱越車(chē)上使用的是液壓阻尼器。彈簧在受到外力沖擊后會(huì)立即縮短，在外力消失后又會(huì)立即恢復(fù)原狀，這樣就會(huì)使車(chē)身發(fā)生跳動(dòng)，如果沒(méi)有阻尼，車(chē)輪壓到一塊小石頭或者一個(gè)小坑時(shí)，車(chē)身會(huì)跳起來(lái)，令人感覺(jué)很不舒服。有了阻尼器，彈簧的壓縮和伸展就會(huì)變得緩慢，瞬間的多次彈跳合并為一次比較平緩的彈跳，一次大的彈跳減弱為一次小的彈跳，從而起到減震的作用。

(二)阻尼設(shè)計(jì)的原則。減震器有最佳的阻尼系數(shù)，車(chē)輛懸架和減震器的作用略有差異，車(chē)輛懸架在承受車(chē)身重量的同時(shí)，可以減弱因地面的坎坷而造成的震動(dòng)，而減震器所起到的作用是抑制震動(dòng)。在車(chē)輛行駛的過(guò)程中，如果車(chē)輛對(duì)路面產(chǎn)生的沖擊力受懸架系統(tǒng)阻尼比的影響，它們之間在一定條件下成正比。當(dāng)懸架系統(tǒng)阻尼比太小時(shí)對(duì)于調(diào)節(jié)舒適度增加了困難。通常情況下，壓縮行程的懸架阻尼比對(duì)于復(fù)原形成來(lái)說(shuō)要稍微小一些，這是因?yàn)樵趬嚎s行程的過(guò)程中為了更加充分地運(yùn)用部件的緩沖作用，而盡可能減小減震器對(duì)地面的沖擊力。

(三)減震器阻尼的特性。在通常情況下，減震器阻尼是用線性分段來(lái)展現(xiàn)給我們的，這是因?yàn)闇p震阻尼大都是非線性的。減震器是有一定使用年限的，為了延長(zhǎng)它的使用年限，減震器第一次開(kāi)閥時(shí)的速度要小一些。在平坦的道路上行駛的時(shí)候不需要開(kāi)閥，當(dāng)?shù)孛婵部缆窙r較差的時(shí)候，為了保護(hù)車(chē)輛，防止減震器的撞擊我們要把開(kāi)閥速度調(diào)的高一些。減震器可以不開(kāi)閥，同時(shí)它也有最大開(kāi)閥速度，當(dāng)開(kāi)閥速度處于初次開(kāi)閥和最大開(kāi)閥之間時(shí)，節(jié)流閥的開(kāi)度與速度成正比。除此非線性特點(diǎn)之外壓縮行程和伸張行程初次開(kāi)閥速度點(diǎn)和最大開(kāi)閥速度點(diǎn)也可以畫(huà)出一條光滑的曲線。為了堅(jiān)定所設(shè)計(jì)模型是否合理可以進(jìn)行仿真檢驗(yàn)，可以將車(chē)輛以一個(gè)確定的速度行駛在道路上，逐漸加速并且記錄下來(lái)，畫(huà)出相應(yīng)的曲線，之后與之前的仿真曲線進(jìn)行比較，便可查看仿真模擬的效果。

(四)減震器阻尼設(shè)計(jì)過(guò)程。減震器阻尼設(shè)計(jì)有常通節(jié)流設(shè)計(jì)、節(jié)流閥片設(shè)計(jì)和其他設(shè)計(jì)。常通節(jié)流設(shè)計(jì)可以根據(jù)減震器速度處于初次開(kāi)閥和最大開(kāi)閥之間時(shí)的特點(diǎn)，建立一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，常通節(jié)流設(shè)計(jì)和節(jié)流閥片設(shè)計(jì)都與目標(biāo)函數(shù)有很密切的關(guān)系。當(dāng)設(shè)計(jì)目標(biāo)達(dá)到最大或最小點(diǎn)時(shí)，相對(duì)應(yīng)的速度即為常通節(jié)流的最優(yōu)速度，同時(shí)當(dāng)閥片厚度達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的最大或最小點(diǎn)時(shí)，相對(duì)應(yīng)的閥片厚度即為最優(yōu)厚度。減震器設(shè)計(jì)時(shí)要注意合理的搭配，要想設(shè)計(jì)出合理的、適用的減震器，首先要建立模型進(jìn)行仿真操作，只有先通過(guò)仿真操作才能使用較好的懸掛系統(tǒng)使車(chē)輛的震動(dòng)得到改善。在進(jìn)行模型仿真操作時(shí)要綜合多方面的因素，既要考慮地面所引起的震動(dòng)幅度大小，又要考慮懸架的變形對(duì)震動(dòng)所產(chǎn)生的影響，然后將原先整理好的子系統(tǒng)模板經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)姆绞浇M裝起來(lái)，連接成整個(gè)的車(chē)型。模板(包括前懸架、后懸架、轉(zhuǎn)向系、前輪胎、后輪胎等)將其經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變?yōu)樽酉到y(tǒng)(前懸架系統(tǒng)、后懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前輪胎系統(tǒng)、車(chē)身系統(tǒng)等)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)交換器即可成為整車(chē)模型。

五、結(jié)語(yǔ)

了解了車(chē)輛懸掛減震系統(tǒng)的功能、應(yīng)用以及減震器的設(shè)計(jì)，就可以根據(jù)車(chē)輛懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和非線性阻尼減震特點(diǎn)來(lái)建立一個(gè)模擬仿真模型，通過(guò)模擬仿真模型得到分線短的曲線，可以將實(shí)際車(chē)輛行駛在道路上記錄并且畫(huà)出相應(yīng)曲線，將這兩條曲線進(jìn)行對(duì)比，如果符合度高則該設(shè)計(jì)合理，可以進(jìn)行實(shí)際的阻尼設(shè)計(jì)。要想使設(shè)計(jì)出的車(chē)輛懸架得到最佳的阻尼搭配，必須使減震器模擬仿真曲線和最佳阻尼的要求相符合，只有這樣才能使設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確、可靠。

［1］蔡萌，顧亮．車(chē)輛懸架減震優(yōu)化設(shè)計(jì)方法仿真［J］．計(jì)算機(jī)仿真，2014，11

［2］趙銀．新型結(jié)構(gòu)磁流變減震器的設(shè)計(jì)與仿真研究［D］．湘潭大學(xué)，2011

［3］牟鳳平．摩托車(chē)后減震器阻尼特性數(shù)學(xué)模型的建立及其測(cè)試平臺(tái)搭建［D］．江蘇科技大學(xué)，2012

［4］朱鵬程，張冰蔚，劉愛(ài)紅．摩托車(chē)減震器動(dòng)態(tài)復(fù)原阻尼特性測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．測(cè)控技術(shù)，2011，4