新型減震器在汽車懸架系統(tǒng)上的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上新型減震器在汽車懸架系統(tǒng)上的應(yīng)用陳浩李社鋒沈德魁（機(jī)械電子研究所；熱能工程研究所）摘要：介紹了一種阻尼可變的筒式減震器，說明了實(shí)現(xiàn)阻尼變化的原理。同時(shí)設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)減震器并構(gòu)造了新的懸架避震系統(tǒng)，進(jìn)行了簡單的系統(tǒng)分析。關(guān)鍵詞：壓力減震器；旋轉(zhuǎn)減震；系統(tǒng)分析；阻尼系數(shù)1 設(shè)計(jì)研究背景舒適性是轎車最重要的使用性能之一。舒適性與車身的固有振動(dòng)特性有關(guān)，而車身的固有振動(dòng)特性又與懸架的特性相關(guān)。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時(shí)，汽車懸架作為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機(jī)件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)

2、格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標(biāo)之一。目前轎車采用的減震方式，用的比較多的有如下幾種：1.鋼板彈簧+筒式減震器；2.螺旋彈簧+筒式減震器 ；2.氣體減震器（氣包）；3.彈簧杠桿減震器；在2-30萬區(qū)間的轎車，大都采用第二種形式，越野車和CUV、SUV等車型，采用的是前軸2.后軸1的形式。如圖所示為汽車懸架以及減震系統(tǒng)的大致結(jié)構(gòu)1. 螺旋彈簧+筒式減震器 2.橫向和縱向推力桿 3.橫向穩(wěn)定桿圖1.汽車懸架以及減震系統(tǒng)通常用的結(jié)構(gòu)又被稱作麥弗遜結(jié)構(gòu)，主要元件就是筒式減震器。特點(diǎn)在于簡單，響應(yīng)速度快。并且在一個(gè)下?lián)u臂和支柱的幾何結(jié)構(gòu)下能自動(dòng)調(diào)整車輪外傾角，讓其能在過彎時(shí)自適應(yīng)路面，讓輪胎的接地面積最大化

3、，而且占用空間小適合小型車以及大部分中型車使用。但是由于結(jié)構(gòu)簡單使得懸掛剛度較弱，穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)彎側(cè)傾明顯。另外，由于一般歐美車比較重，該機(jī)構(gòu)中的彈簧承受的負(fù)荷比較大，再加上國內(nèi)道路狀況不是那么的良好，溝坎路面多，車身向下的大沖擊力很頻繁的出現(xiàn)在駕駛過程中，這就造成了螺旋彈簧的金屬疲勞，在新車行駛一段時(shí)間后（視經(jīng)常行駛路面情況，時(shí)間長短有所不同，同時(shí)，車輛的載荷也有很大關(guān)系），彈簧的回位力量減弱；于是就有車身高度下降，托底，輪胎容易和翼子板刮蹭等等這樣的現(xiàn)象發(fā)生。彈簧回位力量減弱，變軟，還會(huì)造成一個(gè)嚴(yán)重的問題，就是損害減震器，大家都知道，在重載情況下，減震器會(huì)有極限工況，也就是減震器震芯壓到極限

4、行程，這樣的工況，會(huì)是減震器漏油，密封圈破損，造成減震器壽命縮短，在彈簧變軟的情況下，減震器的壽命就會(huì)受到嚴(yán)重影響。其他如充氣性減震器，變阻尼減震器要求比較昂貴的密封裝置，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，只在高性能的轎車上使用。2 設(shè)計(jì)目標(biāo)本文設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于采取對(duì)現(xiàn)有筒式減震器的功能優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到半主動(dòng)懸架的目的。通過油壓的變化產(chǎn)生不同的阻尼比，適應(yīng)不同速度和路面情況。同時(shí)，針對(duì)傳動(dòng)懸架系統(tǒng)縱向推力桿單一彈性元件設(shè)計(jì)的情況，引入旋轉(zhuǎn)阻尼部件，改善汽車在急停、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作狀態(tài)下汽車的剛性特征。設(shè)計(jì)結(jié)果擬用新型筒式壓力減震器替代原系統(tǒng)中的減震器，其他部件不變，引入一小型油泵與該減震器相連，油泵有電機(jī)控制，能實(shí)時(shí)改變油壓。油

5、壓得產(chǎn)生使得減震器能分擔(dān)彈簧負(fù)擔(dān)的車身載荷。同時(shí)，在原來縱向推力桿處增加旋轉(zhuǎn)阻尼器，增加原來僅僅由彈性桿件提供的側(cè)向緩沖作用，旋轉(zhuǎn)阻尼器的作用原理和新型筒式壓力減震器相似，但不提供附加載荷作用在推力桿上。圖2 新型筒式/旋轉(zhuǎn)壓力減震器以及油泵3 設(shè)計(jì)原理根據(jù)流體力學(xué)中薄壁小孔的壓力流量公式 可以看出，當(dāng)壓差提高時(shí)，流量變大。流量大小直接和阻尼系數(shù)有關(guān)。通過分析，可以得出， A -減震器內(nèi)截面積也就是說，壓差影響了活塞桿移動(dòng)的速度；不需要通過微分方程的計(jì)算，就可以分析得出壓差大的時(shí)候，阻尼系數(shù)小；壓差小的時(shí)候相應(yīng)的阻尼系數(shù)大。因此，通過改變普通筒式減震器中的油壓，可以改變減震器工作時(shí)的壓差，從而

6、達(dá)到改變阻尼比的效果。而普通筒式減震器中的阻尼系數(shù)C一般不可變改，以下我們通過新型筒式壓力減震器的結(jié)構(gòu)研究來得出它的優(yōu)勢。新型筒式壓力減震器的原理和雙向作用筒式減震器的原理很相似，只不過采用了壓力油作為工作介質(zhì)，壓縮閥和補(bǔ)償閥均與電機(jī)油泵相連通。首先，由于上下兩腔充滿壓力油，適當(dāng)調(diào)節(jié)流通閥和伸張閥，就可以避免由于活塞運(yùn)動(dòng)造成的“真空”，從而降低噪聲，延長減震器壽命。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，由于上腔室的截面積小于下腔室，從而產(chǎn)生向上的提升力-下腔室截面積圖3 新型筒式壓力減震器-上腔室截面積承擔(dān)車身負(fù)載。壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高

7、，油液流經(jīng)流通閥流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥，流回油源。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。我們通過以下推導(dǎo)得出相對(duì)于常規(guī)減震器，阻尼比的變化。由PV不變，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，上腔室的守恒方程為：-（1）下腔室：-（2）初始狀態(tài)： -（3）由（1），（2），（3），得出動(dòng)態(tài)情況下，壓差為：壓差受初始減震器內(nèi)壓力的影響。從而，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)油泵的出油壓力，就可以改變震動(dòng)情況下的壓差，阻尼比，達(dá)到在低速、平穩(wěn)地面，阻尼比小，而在高速或者崎嶇不平地面情況下，阻尼力大的目的。根據(jù)相似的原理，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)減震器，但是

8、不需要提供附加載荷。如下圖所示：該減震器采用葉片結(jié)構(gòu)，如右圖所示，在左腔，設(shè)計(jì)成為漸變得腔室結(jié)構(gòu)，使得旋轉(zhuǎn)式流通需通過閥口，或需要油泵補(bǔ)油，根據(jù)筒式結(jié)構(gòu)的分析，同樣可以認(rèn)為，該結(jié)構(gòu)為阻尼可變的結(jié)構(gòu)，但由于左右腔室截面積相同，不會(huì)產(chǎn)生附加力矩。為了實(shí)現(xiàn)漸變式結(jié)構(gòu)，同時(shí)不影響葉片運(yùn)動(dòng)，采取下圖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4 旋轉(zhuǎn)壓力減震系統(tǒng)的理論分析圖6 旋轉(zhuǎn)減震器在懸架系統(tǒng)的布置根據(jù)旋轉(zhuǎn)減震器的布置方法，結(jié)合簡化的麥弗遜結(jié)構(gòu)懸架，可以將整個(gè)懸架減震系統(tǒng)用以下簡圖（略去可變阻尼作用）表示：圖7 簡化懸架減震系統(tǒng)圖簡化起見，僅僅就豎直方向的突變載荷進(jìn)行分析，可以得出：以車體縱傾為坐標(biāo)建立方程，其中， 為突變的豎直方

9、向載荷，一般情況位于車體正中位置?？梢酝ㄟ^：， 簡化方程為從而得出系統(tǒng)參數(shù)為：根據(jù)上述推導(dǎo)的結(jié)果，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)剛度和旋轉(zhuǎn)阻尼組成的避震系統(tǒng)進(jìn)行定量的研究，并通過計(jì)算機(jī)仿真得出優(yōu)化的結(jié)果?？偨Y(jié)通過以上的設(shè)計(jì)研究，本文提供了對(duì)現(xiàn)有汽車懸架系統(tǒng)較少改動(dòng)下的新型減震系統(tǒng)，利用油壓的變化改變系統(tǒng)的阻尼，從而改善汽車在不同工況的響應(yīng)性能。同時(shí)，通過增加相同原理的旋轉(zhuǎn)減震器構(gòu)造了能兼顧側(cè)向力以及橫向力的復(fù)合系統(tǒng)，進(jìn)行了簡化的系統(tǒng)分析。參考文獻(xiàn) 章宏甲，黃誼液壓傳動(dòng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，年 王傳禮，丁凡，許賢良一種新型旋轉(zhuǎn)葉片式液壓阻尼器煤炭科學(xué)技術(shù)，（） 段權(quán)，徐暉旋轉(zhuǎn)式硅油阻尼器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)

10、，（） 劉文強(qiáng)，王磊，謝偉東車載懸架性能檢測與可調(diào)阻尼減震器機(jī)床與液壓，（） 中國汽車論壇懸架與操縱增助勢盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)說明書 葛文杰 程超（浙江大學(xué)汽車系0401，杭州 ）（浙江大學(xué)汽車系0401，杭州 ）摘要：目前影響汽車制動(dòng)器制動(dòng)效果的因素主要有制動(dòng)效能，即制動(dòng)減速度，其與制動(dòng)器制動(dòng)力的大小有很大關(guān)系；和制動(dòng)效能的恒定性，即制動(dòng)器抗熱衰退的性能。本文以盤式制動(dòng)器為研究對(duì)象，將盤式制動(dòng)器良好的抗熱衰退性與鼓式制動(dòng)器優(yōu)越的制動(dòng)效能相結(jié)合，設(shè)計(jì)出帶制動(dòng)增勢式盤式制動(dòng)器，從而優(yōu)化了傳統(tǒng)的制動(dòng)器的制動(dòng)效果。關(guān)鍵詞：制動(dòng)增勢；盤式制動(dòng)器目前各類汽車所用的摩擦制動(dòng)器主要有兩種，即盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器

11、（這里以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器為例），其各自的主要特點(diǎn)如下：鼓式制動(dòng)器的位于制動(dòng)鼓內(nèi)部的制動(dòng)蹄9在一端受到輪缸活塞5的促動(dòng)力時(shí)，可繞其另一端的支承銷11為支點(diǎn)向外旋轉(zhuǎn)，壓靠到制動(dòng)鼓內(nèi)圓柱面的制動(dòng)底這里假設(shè)車輪是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)板3上，產(chǎn)生摩擦力。而這個(gè)摩擦力由于與支承銷11之間存在力臂，這就使摩擦力產(chǎn)生了一個(gè)摩擦力矩的作用，該作用有使得制動(dòng)蹄9進(jìn)一步壓向制動(dòng)底板3上的趨勢，從而使鼓式制動(dòng)器在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一壓向制動(dòng)鼓的“增勢”作用，所以制動(dòng)效果好；但鼓式制動(dòng)器由于散熱面積小，這使鼓式制動(dòng)器在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量不易及時(shí)散失，這部分熱量會(huì)對(duì)制動(dòng)器內(nèi)的制動(dòng)鼓以及制動(dòng)蹄加熱而產(chǎn)生制動(dòng)器的熱衰退，大大影響鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)

12、效果。相比較，盤式制動(dòng)器（以定鉗盤式制動(dòng)器為例）的制動(dòng)鉗安裝在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動(dòng)盤軸線方向移動(dòng)，因而要靠制動(dòng)盤兩側(cè)的鉗體中1.制動(dòng)盤 2.制動(dòng)活塞 3.摩擦片 4.液壓油缸 5.夾鉗 6.制動(dòng)鉗支架的促動(dòng)裝置，即制動(dòng)活塞2的壓力才能將摩擦片3壓緊在制動(dòng)盤上來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，相比鼓式制動(dòng)器而言，盤式制動(dòng)器在制動(dòng)時(shí)完全依靠液壓油缸中的高壓油推動(dòng)制動(dòng)活塞來使摩擦片壓在制動(dòng)盤上面，其力全部由高壓油提供，在制動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何類似于鼓式制動(dòng)器的摩擦力矩來使摩擦片更進(jìn)一步的壓在制動(dòng)盤上，所以其沒有增勢的效果；而從圖中可以看出，盤式制動(dòng)器在除制動(dòng)鉗處外的所有地方均與外界直接接觸，這便決定了盤式制動(dòng)器的

13、最大的優(yōu)點(diǎn)散熱面積大（通風(fēng)盤式尤其顯著），所以制動(dòng)盤的抗熱衰退性能好很多，這大大的增加了盤式制動(dòng)器在多次制動(dòng)或在下長坡時(shí)制動(dòng)的可靠性，提高了盤式制動(dòng)器的的制動(dòng)穩(wěn)定性。另外，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約材料也成為目前盤式制動(dòng)器廣泛應(yīng)用的原因之一。本作品設(shè)計(jì)的基本思路就是以盤式制動(dòng)器為基礎(chǔ)，將上述鼓式與盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，在保證有良好的抗熱衰退性的同時(shí)附加一個(gè)“制動(dòng)增勢”的作用，來提高制動(dòng)器的制動(dòng)效果。帶增勢式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)：1. 固定油缸體：固定油缸體中有液壓油腔，用來儲(chǔ)存液壓油，液壓油腔與推力活塞腔相連通，在制動(dòng)時(shí)，液壓油的壓力升高，推動(dòng)制動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。在固定油缸體的下部還有安裝柱銷的開口，其將與活動(dòng)部件制動(dòng)

14、搖臂相連。2. 制動(dòng)搖臂：制動(dòng)搖臂上包含了與制動(dòng)盤直接接觸的制動(dòng)摩擦片，為了使活塞施加的力均勻而設(shè)的受力凹坑，為安裝柱銷而開的孔。制動(dòng)搖臂通過銷連接與固定油缸體形成可動(dòng)連接后，制動(dòng)搖臂可繞柱銷旋轉(zhuǎn)，當(dāng)其受到活塞的推力后，就被推力緊壓在了制動(dòng)盤上來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。3. 組合體示意圖：圖示為將制動(dòng)搖臂通過銷連接安裝在固定油缸體上后的情形（推力活塞此處未畫出）。在安裝時(shí)，把握好制動(dòng)器在制動(dòng)盤上的方向，否則很可能從設(shè)計(jì)時(shí)的增勢而變?yōu)闊o任何好處的“減勢”，如圖所示，此時(shí)制動(dòng)盤隨著車輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，液壓油壓力迅速升高，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，將制動(dòng)搖臂壓向制動(dòng)盤，并在其上作用一摩擦力來使制動(dòng)盤的速度降低，同時(shí)，制動(dòng)盤也在制動(dòng)搖臂上面施加一個(gè)大小相同、方向相反的力，由于制動(dòng)盤在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這個(gè)反力將作用在摩擦片上且方向向下，而反力與柱銷的軸線并不相交，這就使摩擦并不只是力的作用，而是同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)力矩的作用。此力矩對(duì)制動(dòng)搖臂有使其更進(jìn)一步向制動(dòng)盤壓緊的趨勢，這就是所謂的“制動(dòng)增勢”的作用，制動(dòng)搖臂也將更緊的壓在制動(dòng)盤上。從圖中可以看出，“帶增勢式盤式制