新型減震器在汽車懸架系統(tǒng)上的應用

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)上的應用陳浩李社鋒沈德魁（機械電子研究所；熱能工程研究所）摘要：介紹了一種阻尼可變的筒式減震器，說明了實現(xiàn)阻尼變化的原理。同時設計了旋轉減震器并構造了新的懸架避震系統(tǒng)，進行了簡單的系統(tǒng)分析。關鍵詞：壓力減震器；旋轉減震；系統(tǒng)分析；阻尼系數(shù)1 設計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特性有關，而車身的固有振動特性又與懸架的特性相關。所以，汽車懸架是保證乘坐舒適性的重要部件。同時，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規(guī)

2、格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標之一。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)的大致結構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)通常用的結構又被稱作麥弗遜結構，主要元件就是筒式減震器。特點在于簡單，響應速度快。并且在一個下?lián)u臂和支柱的幾何結構下能自動調(diào)整車輪外傾角，讓其能在過彎時自適應路面，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。但是由于結構簡單使得懸掛剛度較弱，穩(wěn)定性差，轉彎側傾明顯。另外，由于一般歐美車比較重，該機構中的彈簧承受的負荷比較大，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，在新車行駛一段時間后（視經(jīng)常行駛路面情況，時間長短有所不同，同時，車輛的載荷也有很大關系），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，還會造成一個嚴重的問題，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，減震器的壽命就會受到嚴重影響。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，機構復雜，只在高性能的轎車上使用。2 設計目標本文設計的目標在于采取對現(xiàn)有筒式減震器的功能優(yōu)化設計達到半主動懸架的目的。通過油壓的變化產(chǎn)生不同的阻尼比，適應不同速度和路面情況。同時，針對傳動懸架系統(tǒng)縱向推力桿單一彈性元件設計的情況，引入旋轉阻尼部件，改善汽車在急停、轉彎等動作狀態(tài)下汽車的剛性特征。設計結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，油泵有電機控制，能實時改變油壓。油

5、壓得產(chǎn)生使得減震器能分擔彈簧負擔的車身載荷。同時，在原來縱向推力桿處增加旋轉阻尼器，增加原來僅僅由彈性桿件提供的側向緩沖作用，旋轉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/旋轉壓力減震器以及油泵3 設計原理根據(jù)流體力學中薄壁小孔的壓力流量公式 可以看出，當壓差提高時，流量變大。流量大小直接和阻尼系數(shù)有關。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的速度；不需要通過微分方程的計算，就可以分析得出壓差大的時候，阻尼系數(shù)?。粔翰钚〉臅r候相應的阻尼系數(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的壓差，從而

6、達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構研究來得出它的優(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)，壓縮閥和補償閥均與電機油泵相連通。首先，由于上下兩腔充滿壓力油，適當調(diào)節(jié)流通閥和伸張閥，就可以避免由于活塞運動造成的“真空”，從而降低噪聲，延長減震器壽命。同時可以發(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-上腔室截面積承擔車身負載。壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內(nèi)活塞向下移動。活塞下腔室的容積減少，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。這些閥對油的節(jié)約形成懸架受壓縮運動的阻尼力。我們通過以下推導得出相對于常規(guī)減震器，阻尼比的變化。由PV不變，活塞運動時，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)電動油泵的出油壓力，就可以改變震動情況下的壓差，阻尼比，達到在低速、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，設計旋轉減震器，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構，如右圖所示，在左腔，設計成為漸變得腔室結構，使得旋轉式流通需通過閥口，或需要油泵補油，根據(jù)筒式結構的分析，同樣可以認為，該結構為阻尼可變的結構，但由于左右腔室截面積相同，不會產(chǎn)生附加力矩。為了實現(xiàn)漸變式結構，同時不影響葉片運動，采取下圖的結構設計。4 旋轉壓力減震系統(tǒng)的理論分析圖6 旋轉減震器在懸架系統(tǒng)的布置根據(jù)旋轉減震器的布置方法，結合簡化的麥弗遜結構懸架，可以將整個懸架減震系統(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行分析，可以得出：以車體縱傾為坐標建立方程，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)上述推導的結果，可以對旋轉剛度和旋轉阻尼組成的避震系統(tǒng)進行定量的研究，并通過計算機仿真得出優(yōu)化的結果?？偨Y通過以上的設計研究，本文提供了對現(xiàn)有汽車懸架系統(tǒng)較少改動下的新型減震系統(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性能。同時，通過增加相同原理的旋轉減震器構造了能兼顧側向力以及橫向力的復合系統(tǒng)，進行了簡化的系統(tǒng)分析。參考文獻 章宏甲，黃誼液壓傳動北京：機械工業(yè)出版社，年 王傳禮，丁凡，許賢良一種新型旋轉葉片式液壓阻尼器煤炭科學技術，（） 段權，徐暉旋轉式硅油阻尼器動態(tài)特性試驗研究應用力學學報

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

11、（這里以內(nèi)張型鼓式制動器為例），其各自的主要特點如下：鼓式制動器的位于制動鼓內(nèi)部的制動蹄9在一端受到輪缸活塞5的促動力時，可繞其另一端的支承銷11為支點向外旋轉，壓靠到制動鼓內(nèi)圓柱面的制動底這里假設車輪是順時針轉動板3上，產(chǎn)生摩擦力。而這個摩擦力由于與支承銷11之間存在力臂，這就使摩擦力產(chǎn)生了一個摩擦力矩的作用，該作用有使得制動蹄9進一步壓向制動底板3上的趨勢，從而使鼓式制動器在制動時產(chǎn)生一壓向制動鼓的“增勢”作用，所以制動效果好；但鼓式制動器由于散熱面積小，這使鼓式制動器在制動時產(chǎn)生的熱量不易及時散失，這部分熱量會對制動器內(nèi)的制動鼓以及制動蹄加熱而產(chǎn)生制動器的熱衰退，大大影響鼓式制動器的制動

12、效果。相比較，盤式制動器（以定鉗盤式制動器為例）的制動鉗安裝在車橋上，既不能旋轉，也不能沿制動盤軸線方向移動，因而要靠制動盤兩側的鉗體中1.制動盤 2.制動活塞 3.摩擦片 4.液壓油缸 5.夾鉗 6.制動鉗支架的促動裝置，即制動活塞2的壓力才能將摩擦片3壓緊在制動盤上來實現(xiàn)制動，相比鼓式制動器而言，盤式制動器在制動時完全依靠液壓油缸中的高壓油推動制動活塞來使摩擦片壓在制動盤上面，其力全部由高壓油提供，在制動時不會產(chǎn)生任何類似于鼓式制動器的摩擦力矩來使摩擦片更進一步的壓在制動盤上，所以其沒有增勢的效果；而從圖中可以看出，盤式制動器在除制動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器的

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

14、搖臂相連。2. 制動搖臂：制動搖臂上包含了與制動盤直接接觸的制動摩擦片，為了使活塞施加的力均勻而設的受力凹坑，為安裝柱銷而開的孔。制動搖臂通過銷連接與固定油缸體形成可動連接后，制動搖臂可繞柱銷旋轉，當其受到活塞的推力后，就被推力緊壓在了制動盤上來實現(xiàn)制動。3. 組合體示意圖：圖示為將制動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，把握好制動器在制動盤上的方向，否則很可能從設計時的增勢而變?yōu)闊o任何好處的“減勢”，如圖所示，此時制動盤隨著車輪逆時針旋轉，當踩下制動踏板時，液壓油壓力迅速升高，推動活塞運動，將制動搖臂壓向制動盤，并在其上作用一摩擦力來使制動盤的速度降低，同時，制動盤也在制動搖臂上面施加一個大小相同、方向相反的力，由于制動盤在逆時針旋轉，這個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，而是同時產(chǎn)生了一個力矩的作用。此力矩對制動搖臂有使其更進一步向制動盤壓緊的趨勢，這就是所謂的“制動增勢”的作用，制動搖臂也將更緊的壓在制動盤上。從圖中可以看出，“帶增勢式盤式制