双轴汽车减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配设计研究_韦勇

Py1. 0 V1. 0
则复原与压缩行程时速度最大时的 最大阻力
值 ,最小阻力值及平均阻力值如下: 最大阻力值 Pf max= P + f maxv 1. 0 Cf mk ( Vmax - V1. 0 ) 最小阻力值 Pf min= P + f minv1. 0 Cf mk ( Vmax - V1. 0 ) 平均阻力值 Pf v max= Pf v 1. 0+ Cf mk ( Vmax - V1. 0 )
压缩行程: Cyk、 Cykh、 Cymk
则有: Cf k=
PVf00..33 Cf kh =
Pf 0. 52 - Pf 0. 3 V0. 52 - V0. 3
Cyk =
Py 0. 3 V0. 3
Cykh
=
Py 0. 52 - Py0. 3 V0. 52 - V0. 3
由功率法可知 ,有:
1 2
CV
2 0.
52 =
1 2
Cf
k
V20.
3+
1 2
Cyk
V20. 3 +
1 2
Cf
kh
(
V
2 0.
52
-
V
2 0.
3
)+
1 2 Cykh
(
V
2 0.
52
-
V
2 0.
3
)
由上述各式可计算出与等效线性阻尼系数匹配
的 0. 52 m /s的阻尼值。 由开阀到最大时的阻力值为
Pf 1. 0= Pf 0. 3+ Cf kh ( V1. 0 - V0. 3 )
《广西机械》 2001年第 1期
发生悬架击穿的极限速度在 1. 0 m / s左右 , 而这个 频区的振动速度还有可能高于这个极限。 因此 , 这 个线性段的阻尼系数 , 要足以实施保证安全需要的 硬阻尼。 ⑤ 平 (顺性 ) 安 (全性 ) 比 Z 减振器开阀阻尼系数和最大开度下的阻尼系数 的比值 Z= Ck /Cmk定义为平 (顺性 )安 (全性 )比。 平 安比可以定性和定量地对悬架外特性作出评价。 趋 于轿车设计结构的外特性的平安比会相对高一些 , 而趋于赛车设计结构的平安比则应当相对低一些。
配设计问题。 等效线性阻尼系数定义为: 在给定的行程和频 率条件下 , 与一个非线性减振器相比 , 吸收同样能 量的线性减振器的线性阻尼系数。 等效线性阻尼系数解决了非线性减振器如何用 等效方法引入线性阻尼系统的计算问题 , 而分段线 性则是解决用工程近似方法去设计 (或反求 ) 这个 非线性减振器的外特性问题。 根据分段线性外特性的几个特殊点 , 可以定义 几个描绘分段线性规律并且便于量化的特征参数。 它们是: ① 双向阻尼比 bs 它是由减振器阻力的规范 (活塞相对工作缸 )速 度定义的压缩阻力与复原阻力的比值。 这个规范的 速度在减速器标准中规定为 0. 3 m /s和 1. 0 m /s。 双向阻尼比反映不同车型或不同用途或在不同路面 运行的汽车的悬架减振器复原阻力与压缩阻力的配
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设计与计算
双轴汽车减振器阻尼系数与悬架 系统阻尼比匹配设计研究
韦 勇 (柳州五菱汽车有限责任公司技术中心 ,广西 柳州 545007)
摘要: 阐述了双轴汽车 (文中称汽车 )减振器阻尼系数与悬架系统阻尼比匹配设计的原则、悬架 减振器外特性的匹配设计要求、悬架减振器的外特性设计方法。并用实例进行减振器阻尼系数 与悬架系统阻尼比的匹配分析及改进设计。 关键词: 汽车 ;减振器 ; 阻尼系数 ;悬架系统 ;阻尼比 ; 匹配设计 中图分类号: U463. 33+ 5. 102 文献标识码: A 文章编号: 1004- 2148( 2001) 01- 0023- 04
减振器的等效线性阻尼系数 Cs= 2ξ Ks Ms
如前所述 , 实际减振器的外特性是分段线性和
渐增的 , 因此 , 在进行外特性设计时 , 必须同时提
出外特性定义在 0. 3 m /s速度下的阻力值 (接近开
阀参数 ) 和 1. 0 m /s的双向阻尼比 (接近最大开阀
参数 ) 的明确指标 (实际确定了平安比 η指标 ):
在 0. 3 m /s下 , 压缩行程和3 / Pf0. 3
( 4)
在 1. 0 m /s下 , 压缩行程和复原行程阻力值之
比: bs1. 0= Py0. 3 / Pf0. 3
( 5)
由工程实践经验可知 , bs0. 3一般取 25% ～ 35% ,
个既有区别又有联系的概念 , C值可以表征减振器
自身的性能 , 但是把它装在悬架上 , 需由 ξ值来反映
阻尼的匹配性质。 ξ值较大时 , 能迅速熄振 , 但不适
收稿日期: 2000- 10- 31
当地增大 ξ值也会传递较大的路面冲击 , 甚至使车 轮不能迅速向地面回弹而失去附着力和对激励的缓
冲能力。ξ值较小时 , 振动持续时间变长 , 也不利于 改善舒适性。
( 3)
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Guang xi M achinery No. 1, 2001
在确定了 ξ值之后 , 可依式 ( 1) 确定减振器的 阻尼系数。因此 ,确定 ξ值是减振器设计的原始技术 条件。 确切地说 , 一般选择的上述悬架相对阻尼系 数是由减振器的低速特性实现的 , 即这个相对阻尼 系数惟一确定的是减振器的低速特性。
2 悬架减振器外特性的分段 线性处理
减振器的外特性实际是非线性的。 一般的工程 方法是用一个近似的分段线性特性来取代它。 通常 将减振器的外特性按振动速度 ,分为低速段、中速段 和高速段。复原行程和压缩行程的外特性稍有差异。 复原行程: 在低速段 , 因阀通道节流孔的通流 面积较小且不变 , 减振器的阻尼力以较高的速率增 长 , 阻尼力与振动速度近似呈线性关系 , 形成较大 的阻尼系数。 在中速段 , 复原阀开启 (进入开阀状 态 ) , 此时工作液的通流面积除了常通孔外 , 还有由 于阀的弹性元件或大或小的变形 , 形成不同开度的 开阀通道。由于通流面积随速度的增加而逐渐增大 , 所以阻尼力随着速度的增加通常以较低速率增大 , 一般阻尼系数较小。 在高速段 , 通流面积为常通孔 和复原阀最大开度面积 , 阻尼力由这个通流面积来 决定 , 减振器的阻尼力以较高的速率增长 , 且与振 动速度近似呈线性关系 , 形成较大的阻尼系数。 压缩行程: 随着振动速度的不断提高 , 形成与 复原行程类似的三个速度区的分段线性特征。 根据上述分析 , 减振器的非线性外特性可视为 分段、 渐增又非对称的近似分段线性特性。 图 1所 示为减振器外特性分段线性示意图
置。 ② 开阀阻尼系数 Ck 它决定于外特性 (图 1) 的 OK段 , K称为开阀 点 (开阀速度和开阀阻力 )。由于 OK段被认为近似 于线性 , 因而 Ck 可视为减振器常通孔节流直到开阀 点 K 的阻尼系数。 开阀点通常是在 0. 2～ 0. 3 m /s的规范速度下 选择的 , 因此在 0. 3 m /s定义的减振器阻力值大体 接近外特性第一个线性段的阻尼系数 , 它反映车辆 在较好路面运行 , 路面低频激励工况 , 确保平顺性 要求的减振器阻尼匹配能力。 ③ 开阀后阻尼系数 Ckh 它决定于外特性 (图 1) 的 KK′段。它反映车辆 在中间行驶频区工况下所需要的减振器匹配阻尼。 由于兼顾改善平顺性和安全性的需要 ,实施软阻尼 , 因此 , Ckh变得较小。 这个工况下的激振频区的高限已接近车轮共振 区 , 但尚未达到车轮共振区。 ④ 阀最大开度下的阻尼系数 Cmk 减振器中的阀开度达到最大 , 再度形成固定通 道节流 , 它在减振器外特性上指的是相应 (图 1) K′ K″的那个线性段。 这个线性段提供硬阻尼 , 抑制车辆共振区 ( 8～ 20Hz) 的振动 , 以适应车辆行驶安全性的阻尼匹配 需要。 这个频区的振动是高频激励的 , 通常车辆不
1 阻尼匹配设计的原则
根据振动理论 , 并且经验地由下式确定了悬架
阻尼的匹配关系:
a= C = 0. 2～ 0. 45
( 1)
2 KM
式中 ξ—— 悬架的相对阻尼系数 (无量纲 )
C—— 悬架减振器的等效阻尼系数 ( Ns /m ) K—— 悬架刚度 ( N /m )
4 悬架减振器的外特性设计
悬架减振器阻尼系数 Cs 是指减振器本身在单 位速度下产生工作阻力的能力。 系统阻尼比 ξ则由 悬架刚 度 Ks、质量 Ms 和减振 阻尼系数 Cs 综合决 定 ,它表征悬架系统受阻尼的程度。 由反求验算可知 ,减振器在 0. 3 m /s和 1. 0 m /s 下 的等效线性阻 尼系数的平 均值与 0. 52 m /s(或 0. 68 m /s) 下 的 等效 线 性 阻尼 系 数 相等 ; 且 0. 52 m /s( 0. 68 m /s)反映车辆平顺性与安全性的折中考 虑 ,因此 ,可以认为 Cs 是 0. 52 m /s(或 0. 68 m /s)下 的等效线性阻尼系数。
车不同的使用条件 , 满足平顺性能需求的阻尼比是 不同的。较高的相对阻尼系数 ξ值通常用于重型的、 越野的或军用的车辆及较坏的道路条件。
一般地 , 压缩行程时 , 悬架的相对阻尼系数 ξ值
要小于复原行程 , 这是因为在压缩行程 , 考虑到要
减小减振器对地面冲击的传递能力 , 以便充分利用
弹性元件的缓冲作用 , 如果不适当地选择了高系数 值 , 就相当于过分增大了悬架刚度 , 使车辆的平顺 性变坏。
bs1. 0一般取 50% ～ 100% , 这个指标与式 ( 2) , 式
( 3) 是一致的。
具体计算步骤如下:
根据减振器外特性的分段线性特性 , 则复原行
程和压缩行程的速度特性曲线都可以近似分为三段
直线: 即开阀前、 开阀后和开阀到最大。 三段阻尼
系数分别表示为:
复原行程: Cf k、 Cf kh、 Cf mk