汽车减震器原理讲解
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汽车减震器原理并建立其数学 模型及汽车悬架系统
汽车减震器原理
由于悬架系统中的弹性元件受冲击产生震动，为改
善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减 震器。 为衰减震动，汽车悬架系统中采用减震器多是液力 减震器，其工作原理是当车架和车桥间震动而出现 相对运动时，减震器内的活塞上下移动，减震器腔 内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另 一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间 的内摩擦对震动形成阻尼力，使汽车震动能量转化 为油液热能，再由减震器吸收散发到大气中。在油 液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥 之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。
定图 义 阻 尼 特 性 的 3
图4减振特性中的相继第二率系数
曲率因子E可以在不影响阻尼率和泄载点的情 况下实现曲线局部额外的伸长或压缩。这 一性质使得修改减振特性的误差成为可能。
图5曲线因子E对阻尼器外特性的影响
因子G定义了从泄载点开始的曲线斜率，阻尼 率和泄载点不受影响。这一系数可以描述阀 开启后的行为，当活塞速度高于泄压速度时， 它对限制减振力是很重要
汽车减震器示 意图
1. 活塞杆；2. 工作缸筒；3. 活塞； 4. 伸张阀；5. 储油缸筒； 6. 压缩阀； 7. 补偿阀；8. 流通阀；9. 导向座； 10. 防尘罩；11. 油封
双向作用筒式减振器示意图
液压减振器数学模型的基本原则
（1）模型可以全面描述减振器的阻尼特性。 （2）数学表达式应该清晰、简洁、易用。 （3）选用的参数应该具有明显的物理意义。参数应该描
减 震 器 数 学 模 型
不同应用场合下减振器的稳态特性
液压减振器的数学模型描述
建立如下公式描述减振器的行为： (1） (2） 式中，Y(x):阻尼力或压降 X:活塞速度或者液压油流量 B：第
一阻尼系数 C：形状因子 D：泄载点 E：曲率因子 G：第二阻尼因子 H：后继阻尼因子 K：灵敏度因子 eps：孔径因子 由式（1）和（2）表示的液压减振器模型含有七个参数，其 中阻尼系数B的量纲为s/m，泄载点D的量纲为N，其余五个 参数为无量纲因子。
述典型物理量的特性，如第一阻尼系数，泄载点和第二阻 尼系数。 （4）可以方便的根据试验结果确定参数。 （5）能够准确描述阻尼特性曲线的形状和阀的配置之间 的关系。 （6）能够精确计算分析减振器的阻尼性能与车辆系统能 量消耗的关系，可以定量分析极端条件下减振器是否能够 疏散足够的热量。 （7）应有助于深入的理解和分析减振器的内部运动过程 和外部工作性能。 （8）可以满足减振器设计，减振器特性分析和车辆系统 动力学研究的要求
1.非独立悬架如左图(a)所示 其特点是两侧车轮安装于一整体式车 桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接 影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳 动时定位参数变化小。若采用钢板弹 簧作弹性元件，它可兼起导向作用， 使结构大为简化，降低成本。目前广 泛应用于货车和大客车上，有些轿车 后悬架也有采用的。非独立悬架由于 非簧载质量比较大，高速行驶时悬架 受到冲击载荷比较大，平顺性较差。 2.独立悬架如上图(b)所示 其特点是两侧车轮分别独立地与车架 （或车身）弹性地连接，当一侧车轮 受冲击，其运动不直接影响到另一侧 车轮，独立悬架所采用的车桥是断开 式的。这样使得发动机可放低安装， 有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。 独立悬架允许前轮有大的跳动空间， 有利于转向，便于选择软的弹簧元件 使平顺性得到改善。同时独立悬架非 簧载质量小，可提高汽车车轮的附着 性
悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶 平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架 系统在现代汽车上是重要的总成之一。
汽车悬架的分类
按照汽车悬架的原理来说，现代汽车中的悬架有两种，一种
是半主动悬架，另一种是主动悬架。 1. 半主动悬架即传统式的悬架，是由弹簧、减振器（减振 筒）、导向机构等组成，其中弹簧主要起减缓冲击力的作用， 减振器的主要作用是衰减振动。由于这种悬架是由外力驱动 而起作用的，所以称为从动悬架。 2. 主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置，采 用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的 倾斜力。由于这种悬架能够自行产生作用力，因此称为主动 悬架。主动悬架是由电脑控制的一种新型悬架，具有能够产 生反作用力的动力源，主要用于高档轿车。根据汽车导向机 构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架
用图2所示的典型减振器特性来说明减振器
数学模型中所含参数的物理含义。为了更 好理解使用的公式，将减振特性转换为压 力差和液压油流量之间的关系。通过将减 振力除以活塞面积，将活塞速度乘以活塞 面积可以实现这一转换，如图3所示。
图2数学模型中参数的物理意义
对于适用的减振器类型，D表示减振特性中的泄 载点。在这一点阻尼特性将发生改变，从而将第 一阻尼率和第二阻尼率区别开来。乘积BCD表示 低活塞速度下的阻尼率，这是阻尼特性中的一个 重要特征。参数C为所用到正弦函数的限度。阻 尼特性的导数总是正值。因此参数C的值是固定 的，小于或等于1。由于C由泄载点D决定，因此 参数B控制泄载点前的阻尼率。
图6减振特性中的灵敏度因子K
图7减振特性中的孔径因子
后继阻尼因子H使得改变泄载点细微的 从线性变化为渐进的，在阀开启到最大的 时候将发生这种情况。当阀完全开启时， 通过阀的液压油流量的进一步增加会导致 曲线的后继变化。 灵敏度因子定义了阻尼率与泄载点后第二 阻尼因子之间的过渡（图6）。随着K值的 变化，形状可以变得锐利或者光滑。通过 这个系数能够描述阻尼阀的开启行为，这 对于设计的性能是非常重要的。 孔径因子eps描述了流量为零时开始点的阻 尼特性形状（图7）。
汽车悬架系统
所谓悬架就是指连接车身（车架）和车轮（车轴）的弹性构
件，这个构件虽为弹性结构，但它的刚度足以保证汽车的行 驶舒适性和稳定性。在汽车行驶过程中，悬架既能抵消减弱 路面不平带来的生硬冲击，又能确保车身的横向和纵向稳定 性，使车辆在悬架设计的自由行程内时刻都可以保持一个较 大范围的动态可控姿态。因此，悬架是关系到车辆操控性和 舒适性的重要组成部件之一。
汽车减震器原理
由于悬架系统中的弹性元件受冲击产生震动，为改
善汽车行驶平顺性，悬架中与弹性元件并联安装减 震器。 为衰减震动，汽车悬架系统中采用减震器多是液力 减震器，其工作原理是当车架和车桥间震动而出现 相对运动时，减震器内的活塞上下移动，减震器腔 内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另 一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间 的内摩擦对震动形成阻尼力，使汽车震动能量转化 为油液热能，再由减震器吸收散发到大气中。在油 液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥 之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。
定图 义 阻 尼 特 性 的 3
图4减振特性中的相继第二率系数
曲率因子E可以在不影响阻尼率和泄载点的情 况下实现曲线局部额外的伸长或压缩。这 一性质使得修改减振特性的误差成为可能。
图5曲线因子E对阻尼器外特性的影响
因子G定义了从泄载点开始的曲线斜率，阻尼 率和泄载点不受影响。这一系数可以描述阀 开启后的行为，当活塞速度高于泄压速度时， 它对限制减振力是很重要
汽车减震器示 意图
1. 活塞杆；2. 工作缸筒；3. 活塞； 4. 伸张阀；5. 储油缸筒； 6. 压缩阀； 7. 补偿阀；8. 流通阀；9. 导向座； 10. 防尘罩；11. 油封
双向作用筒式减振器示意图
液压减振器数学模型的基本原则
（1）模型可以全面描述减振器的阻尼特性。 （2）数学表达式应该清晰、简洁、易用。 （3）选用的参数应该具有明显的物理意义。参数应该描
减 震 器 数 学 模 型
不同应用场合下减振器的稳态特性
液压减振器的数学模型描述
建立如下公式描述减振器的行为： (1） (2） 式中，Y(x):阻尼力或压降 X:活塞速度或者液压油流量 B：第
一阻尼系数 C：形状因子 D：泄载点 E：曲率因子 G：第二阻尼因子 H：后继阻尼因子 K：灵敏度因子 eps：孔径因子 由式（1）和（2）表示的液压减振器模型含有七个参数，其 中阻尼系数B的量纲为s/m，泄载点D的量纲为N，其余五个 参数为无量纲因子。
述典型物理量的特性，如第一阻尼系数，泄载点和第二阻 尼系数。 （4）可以方便的根据试验结果确定参数。 （5）能够准确描述阻尼特性曲线的形状和阀的配置之间 的关系。 （6）能够精确计算分析减振器的阻尼性能与车辆系统能 量消耗的关系，可以定量分析极端条件下减振器是否能够 疏散足够的热量。 （7）应有助于深入的理解和分析减振器的内部运动过程 和外部工作性能。 （8）可以满足减振器设计，减振器特性分析和车辆系统 动力学研究的要求
1.非独立悬架如左图(a)所示 其特点是两侧车轮安装于一整体式车 桥上，当一侧车轮受冲击力时会直接 影响到另一侧车轮上，当车轮上下跳 动时定位参数变化小。若采用钢板弹 簧作弹性元件，它可兼起导向作用， 使结构大为简化，降低成本。目前广 泛应用于货车和大客车上，有些轿车 后悬架也有采用的。非独立悬架由于 非簧载质量比较大，高速行驶时悬架 受到冲击载荷比较大，平顺性较差。 2.独立悬架如上图(b)所示 其特点是两侧车轮分别独立地与车架 （或车身）弹性地连接，当一侧车轮 受冲击，其运动不直接影响到另一侧 车轮，独立悬架所采用的车桥是断开 式的。这样使得发动机可放低安装， 有利于降低汽车重心，并使结构紧凑。 独立悬架允许前轮有大的跳动空间， 有利于转向，便于选择软的弹簧元件 使平顺性得到改善。同时独立悬架非 簧载质量小，可提高汽车车轮的附着 性
悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶 平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。由此可见悬架 系统在现代汽车上是重要的总成之一。
汽车悬架的分类
按照汽车悬架的原理来说，现代汽车中的悬架有两种，一种
是半主动悬架，另一种是主动悬架。 1. 半主动悬架即传统式的悬架，是由弹簧、减振器（减振 筒）、导向机构等组成，其中弹簧主要起减缓冲击力的作用， 减振器的主要作用是衰减振动。由于这种悬架是由外力驱动 而起作用的，所以称为从动悬架。 2. 主动悬架的控制环节中安装了能够产生抽动的装置，采 用一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身的 倾斜力。由于这种悬架能够自行产生作用力，因此称为主动 悬架。主动悬架是由电脑控制的一种新型悬架，具有能够产 生反作用力的动力源，主要用于高档轿车。根据汽车导向机 构不同悬架种类又可分为独立悬架，非独立悬架
用图2所示的典型减振器特性来说明减振器
数学模型中所含参数的物理含义。为了更 好理解使用的公式，将减振特性转换为压 力差和液压油流量之间的关系。通过将减 振力除以活塞面积，将活塞速度乘以活塞 面积可以实现这一转换，如图3所示。
图2数学模型中参数的物理意义
对于适用的减振器类型，D表示减振特性中的泄 载点。在这一点阻尼特性将发生改变，从而将第 一阻尼率和第二阻尼率区别开来。乘积BCD表示 低活塞速度下的阻尼率，这是阻尼特性中的一个 重要特征。参数C为所用到正弦函数的限度。阻 尼特性的导数总是正值。因此参数C的值是固定 的，小于或等于1。由于C由泄载点D决定，因此 参数B控制泄载点前的阻尼率。
图6减振特性中的灵敏度因子K
图7减振特性中的孔径因子
后继阻尼因子H使得改变泄载点细微的 从线性变化为渐进的，在阀开启到最大的 时候将发生这种情况。当阀完全开启时， 通过阀的液压油流量的进一步增加会导致 曲线的后继变化。 灵敏度因子定义了阻尼率与泄载点后第二 阻尼因子之间的过渡（图6）。随着K值的 变化，形状可以变得锐利或者光滑。通过 这个系数能够描述阻尼阀的开启行为，这 对于设计的性能是非常重要的。 孔径因子eps描述了流量为零时开始点的阻 尼特性形状（图7）。
汽车悬架系统
所谓悬架就是指连接车身（车架）和车轮（车轴）的弹性构
件，这个构件虽为弹性结构，但它的刚度足以保证汽车的行 驶舒适性和稳定性。在汽车行驶过程中，悬架既能抵消减弱 路面不平带来的生硬冲击，又能确保车身的横向和纵向稳定 性，使车辆在悬架设计的自由行程内时刻都可以保持一个较 大范围的动态可控姿态。因此，悬架是关系到车辆操控性和 舒适性的重要组成部件之一。