汽车悬架减振器阀系开阀点的模糊识别

稳定可靠， 形成了独立的准双曲面齿轮几何参数计算模块。
（ ２４）
表 １ 几何参数新计算方法的应用举例 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ ｎｅｗ ｇｅｔｔｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ
参数名称
格里森计算方法数据
新方法数据
该 问 题 是 一 个 非 线 性 最 小 二 乘 问 题 ， 可 以 通 过 Ｇｕｅｓｓ－ Ｎｅｗｔｏｎ 法 和 Ｌｅｖｅｒｂｅｒｇ－ Ｍａｒｑｕａｒｄｔ 法 等 标 准 程 序 求 解 。 式 中 !Ｐ 迭代终止精度， 可取 !Ｐ ＝１０－ ４。
由图 ２ 所示， 显然在特定试验条件下的一个振动周期内，
减振器吸收的能量 Ｅ 由两部分组成， 一部分 是 复 原（ 拉 伸） 过 程
３ 以 Ｃｖｅ 为对象的识别过程
３．１ 试验规则
按照 《汽车筒式减振器台架试验方法》（ ＱＣ／Ｔ ５４５－ １９９９） 中 的多工况合成法进行试验， 试验条件如下［３］。
４ 结语
（ １） 指出了格里森几何参数计算的核心思想。格里森计算方
小轮节锥角 大轮节锥角 大轮中点螺旋角 小轮中点螺旋角 大轮中点半径
１３°５８′ ７４°４８′ ２６°１９′ ４９°５９′３９″ ８９．５３９２
１３°５６′３２″ ７４°４９′４８″ ２６°１７′５２″
５０°０′０″ ８９．４５３２
法把几何参数方程组的求解规划为两个核心， 并分为内外两层
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中图分类号： Ｕ４６３．３３＋５．１ 文献标识码： Ａ
由汽车振动分析可知， 根据不同的路面条件和行驶要求，
汽车悬架需要提供不同的刚度和阻尼， 以确保汽车具有良好的
而，△Ｖ＝Ｖ２－ Ｖ１＝（ "２－ "１）·Ａ，即：△"＝△Ｖ／Ａ。将△Ｅｆ 和△"
Ｆｉｇｕｒｅ ２． Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｕｂｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ
带入 Ｃｖｅ 的表达式 ４ 中， 可得：
通过减振器示功特性或速度特性试验获得的外特性是识 别开阀点的基础。减振器的试验外特性如图 １、图 ２ 所示。
Ｖ（ｍபைடு நூலகம்ｓ）
－ ０．５ － ０．４ － ０．３ － ０．２ － ０．１ ０．０ ０．１ ０．２ ０．３ ０．４ ０．５ － ２００
图 １ 筒式液压减振器速度特性曲线 Ｆｉｇｕｒｅ１．Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｕｂｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ
１ 开阀点识别变量的确定
Ｃｅｑ＝
２Ｅｆ !Ａ２!
（ ３）
根据式 ３ 可有式 ４ 如下。
Ｃｖｅ
＝
２△Ｅｆ !Ａ２△"
（ ４）
式中： Ｃｖｅ — —— 等效线性阻尼系数的变化量； △Ｅｆ — ——相邻两次示功试验， 每周期复原过程所吸收的能
量之差；
△"—— 相邻两次示功试验的振动角频率之差；
６００ Ｐ（Ｎ） ４００ ２００
３ 实例
表 １ 中的准双曲面齿轮基本参数和几何参数数据来自于文 献［２］， 由于使用了两种算法， 表中用新计算方法得到的数据与格里 森的计算数据有些差别。关于刀盘半径的尺寸， 理论上应等于对 应的曲面半径， 但是由于格里森方法计算时仅进行了三次试算， 刀盘半径出现了 ０．２ｍｍ 的误差； 关于小轮中点螺旋角计算， 出现
度之比。由筒式液压减振器的结构与工作原理可知， 当其内部减
通常采用线性化方法， 即将减振器视为具有线性阻尼特性， 因此 振液通流面积发生变化时， 阻尼力与激振速度的变化梯度也变
引入等效线性 阻 尼 系 数 的 概 念［２］。 所 谓 等 效 线 性 阻 尼 系 数 指 在 化。因此， 利用 Ｃｖｅ 可以识别开阀点。
第４期 ２００７ 年 ４ 月
机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
－ ３－
文章编号： １００１－ ３９９７（２００７）０４－ ０００３－ ０３
汽车悬架减振器阀系开阀点的模糊识别
王天利 王凯 王福桂 王永顺（ 辽宁工学院， 锦州 １２１００１）
Ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｉｄｅ ｎｔｉｆｉｃａ ｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌｏｗ－ ｏｆｆ ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｖｅ ｈｉｃｌｅ Ｓ ｕｓ ｐｅ ｎｓ ｉｏｎ Ｓ ｈｏｃｋ Ａｂｓ ｏｒｂｅ ｒ Ｖａ ｌｖｅ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
＊ 来稿日期： ２００６－ ０９－ １８
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最小二乘形式：
件， 并将约束条件调整为优化的目标函数进行求解。经过编程和
多次计算测试 ， 该数 学 模 型 计 算 精 度 高 、程 序 运 行 时 间 短 、性 能
－Ａ
－Ａ
－Ａ
由 积 分 中 值 定 理 可 知 ， 一 定 存 在 一 个 速 度 点 Ｖｋ， 使 其 对 应
的阻尼力差值△Ｐ（ Ｖｋ） 满足：
Ａ
Ａ
" " △Ｅｆ ＝ ［Ｐ（２ Ｖ） － Ｐ（１ Ｖ） ］ｄｓ＝△Ｐ（ Ｖ"）· ｄｓ＝△Ｐ（ Ｖ"）·２Ａ （ ６）
－Ａ
－Ａ
－ ５０ － ４５ － ４０ － ３５ － ３０ － ２５ － ２０ － １５ － １０ － ５ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ ｍｍ 且满足△Ｐ（ Ｖ"） #Ｐ２－ Ｐ１。这里的 Ｐ２ 和 Ｐ１ 指的是相邻两次示
－ ２００ － ４００ － ６００
功试验的最大拉伸阻尼力。显然一定存在一个实数 ｋ# ［０．１］， 使 得： △Ｐ（ Ｖ"） ＝ｋ·（ Ｐ２－ Ｐ１） ＝ｋ△Ｐｆ
－ ８００ － １０００ Ｎ － １２００
所以可得△Ｅｆ 的表达式为：
△Ｅｆ ＝２Ａ·ｋ·△Ｐｆ
（ ７）
图 ２ 筒式液压减振器示功特性曲线
· 试验温度 ２１℃； · 试验行程 Ｓ＝１００ｍｍ； · 试验测试点数 ｎ≥１０， 即 通 过 改 变 激 振 频 率 实 现 多 工 况 示功特性曲线族的测试；
３．２ 以 Ｃｖｅ 为对象的识别过程
中吸收的能量 ， 设 为 Ｅｆ； 另 一 部 分 是 压 缩 过 程 中 吸 收 的 能 量 ， 设
８．２５００ｉｎ．（２０９．５５０ｍｍ） ８．２５００ｉｎ．（２０９．５５０ｍｍ）
４．５００ｉｎ（１１４．３００ｍｍ） ４．５００ｉｎ（１１４．３００ｍｍ）
５０°
５０°
７３°４１′１０″
７４°４９′４７″
６°２′２８″
６°２′１８″
２２°５４′３３″
２２°５７′４７″
２３°４１′
２３°４２′８″
了 ２１″左右的误差； 关于大轮节锥角的计算， 它与初值出现了 １°８′ 的误差， 而大轮计算点相对于齿长中点实际上偏移 ０．２１ｍｍ。
为 Ｅｙ。显然有：
Ｅｆ ＝!Ｃｅｑ Ａ２!
（ ２）
式中的 Ｃｅｑ 称作拉伸等效线性阻尼系数。由式 ２ 可得：
试验获得的 ｎ 条示功特性曲线如图 ２ 所示 （ 本文考虑到图 象 的 清 晰 度 ， 这 里 仅 取 六 个 速 度 下 的 示 功 特 性 曲 线 ， ｖｍａｘ＝ ０．２， ０．３， ０．４， ０．５， ０．６， ０．７ｍ／ｓ） ； 试验数据如表 １ 所示。
小轮中点半径
３０．４５０７
３０．４０９６
结构进行实施。本文提出了增加一层结构， 添加一个变量 ｋ"， 同 时增加一个大轮节锥角初始值和实际值相等的约束条件， 解决 了大轮节点始终位于齿宽中点的问题， 使得几何参数计算更具 有实际应用价值。
极限压力角 对应的曲率半径 大轮中点到小轮轴线距离 大轮锥顶到小轮轴线距离
小轮齿数 大轮齿数
齿宽 偏置距 大轮大端节圆直径 刀盘半径 小轮中点螺旋角 大轮节锥角初值 大轮轴平面内偏置角 小轮轴平面内偏置角 节平面内偏置角
１０
１０
４１
４１
１．２５００ｉｎ．（３１．７５０ｍｍ） １．２５００ｉｎ．（３１．７５０ｍｍ）
１．５０００ｉｎ．（３８．１００ｍｍ） １．５０００ｉｎ．（３８．１００ｍｍ）
ＷＡＮＧ Ｔｉａｎ－ ｌｉ， ＷＡＮＧ Ｋａｉ， ＷＡＮＧ Ｆｕ－ ｇｕｉ， Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇ－ ｓｈｕｎ （ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｄｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ， Ｊｉｎｚｈｏｕ １２１００１， Ｃｈｉｎａ） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 【摘 要】以减振器示功特性试验为基础， 以能量守恒为依据， 提出一种以等效阻尼系数为对象的模糊 识别减振器阀系开阀点的方法。试验结果证明， 该方法可以有效的确定减振器阀系的开阀点。 关键词： 减振器；功特性；等效阻尼系数 【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ａ ｍｅｔｈｏｄ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｂｌｏｗ－ ｏｆｆ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｖａｌｖｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｍｐｉｎｇ－ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ， ｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄａｍｐ－ ｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｂｌｏｗ－ ｏｆｆ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ ｖａｌｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｉ－ ｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒ ｂｅｒ ； Ｄａｍｐｉｎｇ－ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃ； Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄａｍｐｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
显然， 减振器结构及其开阀前后的不同工况， 决定减振器 外 特 性 具 有 非 线 性 。但 在 汽 车 悬 架 振 动 分 析 及 优 化 阻 尼 参 数 时 ，
Ｃｖｅ＝
２△Ｅｆ !Ａ２△"
＝
４Ａｋ△Ｐｆ !Ａ２△Ｖ／Ａ
＝（ ４ｋ !
） △Ｐｆ △Ｖ
（ ８）
由式 ８ 和图 １ 可 见 Ｃｖｅ 反 映 出 阻 尼 力 与 激 振 速 度 的 变 化 梯
相同的振幅和频率下， 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。在一个给定的谐波周期， 减振器
所吸收的能量为：
Ｅ＝!ＣＡ２!
（ １）
式中： Ｅ — —— 每周期减振器所吸收的能量（ Ｎ·ｍ）
Ａ — —— 振幅（ ｍ） ；
ω— —— 振动角频率（ ｒａｄ／ｓ） ；
Ｃ — —— 阻尼系数；
１２００ １０００ ８００ ６００ ４００ ２００
示动曲线
由式 ４ 和图 ２ 可见， Ｃｖｅ 反映了不同试验速度下减振器吸收 能量的能力的差别， 因此也反映了减振器内部阀系的工作状态。
２ 识别原理
把减振器在相邻两次示功试验中的每个周期内复原过程中
吸收的能量设为 Ｅｆ １ 和 Ｅｆ ２， 则：
Ａ
Ａ
Ａ
" " " △Ｅｆ ＝Ｅｆ ２－ Ｅｆ１＝ Ｐ（２ Ｖ） ｄｓ－ Ｐ（１ Ｖ） ｄｓ＝ ［Ｐ（２ Ｖ） ｄｓ－ Ｐ（１ Ｖ） ］ｄｓ （ ５）
１ 郑昌启．弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮．北京： 机械工业出版社．１９８８． ２ 曾韬．螺旋锥齿轮的设计和加工．哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版杜．１９８９．
－ ４－
王天利等： 汽车悬架减振器阀系开阀点的模糊识别
第４期
舒适性和安全性。为此， 作为汽车悬架中的阻尼元件， 减振器应 提供不同的阻尼。目前国内汽车悬架减振器（ 下称减振器） 的阻 尼结构通常由 常 通 孔 和 阀 控 通 流 缝 隙 组 成［１］。 根 据 汽 车 振 动 强 度的变化， 减振器阀片适时开闭， 以提供变化的阻尼， 因此减振 器阀系开阀点 （ 即减振器弹簧控制阀系开启的速度， 下称开阀 点） 对于汽车舒适性和安全性具有重要意义。由此可见， 通过标 准试验准确识别减振器阀系开阀点是十分必要的。
－ ８°２６′２″ １１４．１０４９ ３０．２８０６
５．９５４３
－ ８°２６′１１″ １１４．３０００ ３０．２８０６
６．００７４
（ ２） 构造了新的几何参数计算的数学模型。根据准双曲面齿 参考文献
轮几何参数计算的要求和特点， 构造了便于进行较大方程组数 值求解的数学模型， 提出了三个求解变量， 规划了三个约束条