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摘要：悬架系统作为车辆的重要组成部件，其阻尼匹配对车辆的乘坐舒适性和行驶安全性具有重要影响。然而，由于舒适性和安全性两者是相互矛盾和相互影响的，且减振器具有非线性阻尼特性，致使悬架系统最优阻尼比的确定成为困扰车辆悬架阻尼匹配的关键问题。
关键词：悬架系统；减振器；最佳阻尼；仿真模型
引言
基于汽车平顺性要求，针对某城市SUV对其前麦弗逊悬架系统的减振器进行最佳阻尼匹配研究，通过建立减振器在工作行程中速度特性分段线性函数的数学模型，计算求得减振器工作中所对应的开阀点的力值；依据减振器试验台测试标准对所设计减振器的外特性进行了台架试验，减振器的速度特性匹配曲线与减振器MTS台架试验曲线在开阀速度处的力值误差仅为13%；依据悬架的硬点参数建立了1/2悬架ADMAS模型，通过更改减振器的属性文件及对悬架进行双轮同向激励，验证悬架的振动特性。实验结果表明，基于汽车平顺性的减振器最佳阻尼匹配研究方法正确，且匹配的减振器应用于实车前悬架具有良好的振动特性。
1 普通双筒减振器总成结构
目前，汽车悬架系统上广泛应用的是普通双筒式减振器，其结构主要包括工作缸总成、储油缸、活塞总成和底阀总成等。普通双筒减振器的限位装置通常采用橡胶材料制成限位缓冲垫，其结构原理，如图1所示。当减振器活塞运动到极限位置时，限位缓冲垫起到缓解内部零部件之间刚性冲击的作用。
3 减振器总成结构改进方案
由普通双筒减振器工作原理可知，减振器压缩运动和伸张运动阻尼力的产生是由于总成结构中各种阀对油液的节流作用[9]。基于这种思想，在普通双筒减振器基础上，利用液压阻尼原理，对减振器总成结构进行改进，提出缩径工作缸和双活塞两种液压限位缓冲结构，实现悬架极限位置处减振器伸张行程阻尼特性的改善，确保减振器阻尼力与悬架系统限位位置的合理匹配。
3.1缩颈工作缸液压限位结构
缩颈工作缸液压限位是一种采用不等径工作缸改变减振器伸张行程阻尼特性的总成结构，缩颈工作缸结构。缩颈工作缸沿轴向方向分成工作段、过渡段和缓冲段，其中，工作段的直径D大于缓冲段直径d，且缓冲段与过渡段之间沿周向均匀分布若干个槽。缩颈工作缸液压限位结构减振器工作原理。在减振器拉伸过程中，工作段的限位结构装置与锥形过渡段形成通流面积不断减小的环形缝隙阻尼，产生弱液压缓冲；缓冲段与锥形过渡段之间的若干个槽形成小孔节流，且由于这些槽大断面尺寸端位于接近锥形过渡段终点，因此当活塞运动接近于极限位置时，油液通过小孔节流产生了强液压缓冲，导致减振器阻尼力的突增，这样不仅能有效缓冲减振器极限位置的冲击，同时也可以缓解由于冲击造成的乘坐舒适性差的问题。在减振器压缩过程中，由于工作缸另一端与普通双筒减振器无差别，因此其阻尼特性与普通双筒减振器无变化。
3.2双活塞液压限位结构
双活塞液压限位是一种通过主活塞总成与副活塞总成两套结构改变极限位置伸张行程阻尼特性的减振器总成结构。在减振器拉伸过程中，限位缓冲垫与副活塞总成逐渐接触，副活塞上的小细长通孔被限位缓冲垫部分遮挡。当拉伸至接近极限位置时，副活塞右腔内的空间减小，腔内油液压力升高，在压力的作用下，右腔油液通过副活塞小细长通孔未遮挡部分的缝隙流向左腔，形成小孔节流，进而产生一种突增阻尼力。在减振器压缩过程中，由于复位弹簧的弹簧刚度小，仅能够满足副活塞回位的要求，不足以产生额外的阻尼力，因此其阻尼特性与普通双筒减振器差别不大，可以忽略不计。显然，伸张阻尼力的突增能够有效缓解内部零部件之间的刚性冲击，提升减振器的使用寿命。
4 基于ADAMS悬架振动特性验证
4.1悬架ADAMS模型的建立
ADAMS/CAR模块是MDI公司开发出的多体动力学软件，依据悬架参数通过此模块建立麦弗逊悬架1/2模型，在标准模式下进行动力学仿真。以汽车行进的反方向为X轴正方向、以汽车纵向中心面向右为Y轴正方向、地面垂直向上为Z轴正方向建立三维坐标]，悬架硬点参数。根据上表硬点坐标，建立下控制臂、转向节、减振器、弹簧等零部件，并赋予相应的属性；更改减振器和螺旋弹簧的属性文件曲线，建立轮胎子系统并搭建振动试验台，前悬架多体动力学模型。
4.2.悬架特性参数仿真分析
在ADAMS中给定振幅为±100mm的车轮跳动进行仿真分析得到的车轮外倾角随车轮跳动之间的关系。仿真分析得到的车轮前束角随车轮跳动之间的关系。仿真分析得到的悬架刚度随车轮跳动之间的关系。
4.3实验结果与悬架性能评价
为了验证多体动力学模型的正确性，对其进行了四轮定位试验，在车轮平衡位置时仿真数据与试验结果对比情况，如表所示。
从表可看出，悬架的外倾角及前束角均在试验值的较小范围内变化，因此模型接近实车悬架。模型应用了匹配的外特性减振器，外倾角的变化范围为0.93°，前束角变化范围为1.36°，在允许的范围内波动；车轮平衡位置时悬架刚度值为22.8，与计算值的误差仅为3.7%，因此悬架具有良好的振动特性。
结束语
基于悬架参数，通过计算刚度比和质量比，及悬架的平安比和最佳阻尼比，可建立减振器工作时在复原、压缩行程中速度特性的数学模型，并计算绘制减振器分段线性速度特性；（2）针对减振器外特性进行MTS台架试验，在不同工况下，减振器台架试验力值与匹配计算所求的力值误差较小，因此验证最佳阻尼匹配的减振器数学模型正确；
在ADAMS中建立1/2悬架模型，对其振动特性进行仿真分析，比较实车参数及实验结果，达到悬架最佳阻尼匹配标准，且悬架系统具有良好的振动特性，因此悬架减振器最佳阻尼匹配研究方法正确，为减振器的生产设计及加工提供一定的理论依据。
参考文献
[1]万桂芹,庄志勇.汽车悬架性能检测方法及其设备[J].轻型汽车技术,2013(Z1):23-26.
[2]杨茂举,方文强,邹其东,曹家文.汽车悬架用双筒油压减振器注油量分析计算[J].机床与液压,2012,40(20):74-76.
[3]李欣冉.基于虚拟样机模型汽车悬架NVH性能优化研究[D].合肥工业大学,2012.
论文作者:许生
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2019/1/2
标签：阻尼论文; 减振器论文; 悬架论文; 特性论文; 总成论文; 活塞论文; 双筒论文; 《防护工程》2018年第29期论文;