閆丹丹，王天利

(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧錦州 121000)

?

汽車懸架減振器換向沖擊研究綜述

閆丹丹，王天利

(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧錦州 121000)

主要研究減振器換向沖擊機(jī)制，綜述減振器換向沖擊的研究方法。在此基礎(chǔ)上，對減振器換向沖擊造成的危害進(jìn)行分析總結(jié)，并提出改進(jìn)措施。

減振器； 換向沖擊 ；異響

0 引言

近年來，隨著人們對汽車性能要求的不斷提高，對減振器的性能要求也在逐漸提高。減振器在換向過程中產(chǎn)生的沖擊既影響懸架系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，又降低了減振器的工作性能和壽命。文中將著重討論減振器換向沖擊的機(jī)制以及換向沖擊所造成的危害，這對今后研究減振器異響、噪聲、振動等問題具有重要意義。

1 減振器換向過程中產(chǎn)生沖擊的原理

由減振器工作過程可知，減振器工作行程由兩部分組成，即壓縮行程和拉伸(或復(fù)原，或伸張)行程，因此必然存在兩個行程的轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換時刻活塞桿上部有明顯增大的沖擊信號，即換向沖擊，所以減振器換向沖擊分為兩類，分別為壓縮行程結(jié)束拉伸行程開始階段和拉伸行程結(jié)束壓縮行程開始階段即壓拉轉(zhuǎn)換和拉壓轉(zhuǎn)換。由減振器工作原理可知，雙筒液壓減振器主要由活塞桿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、活塞、底閥以及工作缸和儲油缸組成，并以活塞、底閥為界面分成不同的工作腔，即活塞上腔P1、活塞下腔P2、儲油腔P3，如圖1所示。

1.1 壓拉轉(zhuǎn)換

減振器的工作過程分為壓縮行程和拉伸行程。壓縮行程結(jié)束拉伸行程開始時刻即進(jìn)行壓拉轉(zhuǎn)換，如圖1(b)所示。此時，減振器的活塞位于缸體的底部開始向上移動。在此換向過程中：

(1)阻尼力方向。活塞桿受到的阻尼力的方向由上轉(zhuǎn)換為下，缸體受到的阻尼力的方向由下轉(zhuǎn)換為上；

(2)油液流向。下腔的油液流向上腔和儲油腔轉(zhuǎn)換為上腔和儲油腔的油液流向下腔；

(3)三腔的壓力關(guān)系：由p2>p3、p2>p1轉(zhuǎn)換p1>p3、p3>p2。

圖1 減振器換向工作原理簡圖

1.2 拉壓轉(zhuǎn)換

同理，減振器在換向沖擊過程中，拉伸行程向壓縮行程轉(zhuǎn)換時刻即拉壓轉(zhuǎn)換如圖1(c)所示，在拉壓轉(zhuǎn)換中：

(1)阻尼力方向?；钊麠U受到的阻尼力的方向由下轉(zhuǎn)換為上，缸體受到的阻尼力的方向由上轉(zhuǎn)換為下；

(2)油液流向?；钊锨缓蛢τ颓挥鸵毫飨蚧钊虑晦D(zhuǎn)換為下腔的油液流向上腔和儲油腔；

(3)三腔的壓力關(guān)系：由p1>p3，p3>p2轉(zhuǎn)換為p2>p3，p2>p1。

減振器換向沖擊過程時間短、加速度大小及方向都發(fā)生突變。壓拉轉(zhuǎn)換時，工作缸中的油液的流速突變，流通閥也立刻關(guān)閉，油液的流速也將立刻減小為零。在這一瞬間，所有的油液動能全部轉(zhuǎn)換為壓力能，使油液壓力升高，形成液壓沖擊。從能量的角度來看，換向沖擊的本質(zhì)就是將動能轉(zhuǎn)化為液壓能。

2 減振器換向沖擊的原因

減振器活塞桿在正常工況下應(yīng)力非常低，不易引起疲勞斷裂。而減振器在高速換向沖擊過程中，沖擊作用往往時間短、加速度大，易造成活塞桿沖擊疲勞損傷，甚至斷裂等。引起減振器換向沖擊的原因:

(1)液壓沖擊

當(dāng)油液在缸體內(nèi)部流動時，在拉壓轉(zhuǎn)換或者壓拉轉(zhuǎn)換中閥門會驟然關(guān)閉，油液的流速也將驟然降低為零，生成液壓沖擊。

(2)質(zhì)量慣性沖擊

減振器換向沖擊過程中，減振器活塞桿總成相對減振器缸體總成換向沖擊速度極快，活塞、閥體等運(yùn)動部件的慣性力也是形成沖擊的原因之一。

(3)摩擦沖擊

減振器換向沖擊過程中，缸體內(nèi)部油液之間的摩擦及油液與缸體的摩擦及部件之間的摩擦也會引起沖擊、振動等?；诹黧w阻力的減振器，機(jī)械摩擦阻力是很小的。

3 減振器換向沖擊研究方法

通過閱讀關(guān)于減振器換向沖擊方面的文章，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外的學(xué)者在研究減振器換向沖擊過程中基本采用實(shí)驗(yàn)分析方法和理論建模仿真方法。其中實(shí)驗(yàn)分析方法常常以減振器活塞桿頭為研究對象，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，而在理論建模分析中，多以建立減振器動力學(xué)模型、流體力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型等，并結(jié)合MATLAB/Simulink、ANSYS、DYTRAN等仿真平臺為手段，進(jìn)行求解仿真，得出結(jié)果。

3.1 研究減振器換向沖擊的實(shí)驗(yàn)分析

3.1.1 減振器活塞桿加速度試驗(yàn)研究

張亞東等[1]采用美國MTS公司生產(chǎn)的減振器測試臺作為激勵，使用IEPE壓電式加速度傳感器進(jìn)行測試，同時采用LabVIEW構(gòu)建信號采集系統(tǒng),并在時域內(nèi)進(jìn)行分析，得出換向過程減振器活塞桿加速度信號，如圖2所示。由余弦激勵下的減振器時域信號圖可知：與正常減振器時域信號圖相比，異響減振器在換向沖擊時刻，活塞桿上部有明顯增大的沖擊信號。

圖2 10 Hz/10 mm余弦激勵下減振器時域信號圖

3.1.2 減振器異響的臺架試驗(yàn)分析

宋睿[2]通過觀察減振器臺架試驗(yàn)中活塞桿桿端軸向振動加速時域信號，發(fā)現(xiàn)減振器在壓縮行程結(jié)束、復(fù)原行程剛剛開始之后，活塞桿軸向出現(xiàn)一個衰減波形，如圖3所示。A_Piston_Rob為活塞桿桿端加速度信號，A_Bottom為減振器缸筒下端激勵信號的加速度信號，這種形狀的波形是無論嚴(yán)重異響減振器、輕微異響減振器還是無異響減振器都普遍存在的。根據(jù)波

形的時間來計算波形的頻率，發(fā)現(xiàn)此波形的頻率與減振器異常活塞桿軸向加速度頻率非常接近。得出減振器壓縮行程結(jié)束、復(fù)原行程剛剛開始之后，產(chǎn)生了內(nèi)部沖擊，激發(fā)了減振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模態(tài)，而沖擊較強(qiáng)時，使活塞桿的振動強(qiáng)烈。證明減振器的異響與減振器活塞桿軸向振動285 Hz左右峰值有關(guān)。說明減振器在換向沖擊過程中會引起減振器異響。

圖3 減振器活塞桿桿端軸向加速度時域信號

3.2 減振器換向沖擊的理論建模分析

3.2.1 非線性動力學(xué)模型的建立

張亞東等[1]建立了基于Bouc-Wen模型的減振器模型(如圖4所示)，并得出相對應(yīng)的動力學(xué)方程：

(1)

(2)

(3)

(4)

x0=0.01cos(2π·10t)

(5)

該動力學(xué)方程采用龍格-庫塔法，利用MATLAB/Simulink編制程序?qū)Ψ匠踢M(jìn)行求解。明確各參數(shù)對阻尼力的影響，驗(yàn)證了減振器活塞桿上部有明顯的換向沖擊，得出減振器塞桿的垂向加速度可為檢測和判別減振器異響提供參考。

圖4 基于 Bouc-Wen模型的減振器模型

3.2.2 減振器沖擊響應(yīng)有限元分析

吳英龍等[3]建立了流固耦合沖擊響應(yīng)有限元系統(tǒng)，開展了減振器沖擊響應(yīng)及破壞的仿真研究，如圖5所示。首先建立顯式流固耦合計算理論模型，在此基礎(chǔ)上對模型進(jìn)行簡化和修正，并且分析模型的計算參數(shù)，對沖擊下減振器流場進(jìn)行仿真，獲得活塞桿頂端沖擊的相對速度信號。通過DYTRAN仿真分析了活塞桿在流場壓強(qiáng)、活塞桿上端速度激勵、側(cè)向力下的響應(yīng)，獲得了減振器沖擊阻尼力歷程曲線。并對其進(jìn)行了二次擬合，認(rèn)為在沖擊載荷下，減振器的阻尼力上升更快、波動更劇烈、最大值也更大，活塞桿在沖擊載荷下的最大應(yīng)力為 96.4MPa，具有較好的抗沖擊疲勞斷裂能力。

圖5 減振器沖擊阻尼力歷程曲線

3.2.3 減振器工作過程的動力學(xué)微分方程

舒紅宇等[4]根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出異響減振器活塞桿頭加速度的衰減波形，認(rèn)為其異響信號與減振器在換向過程中產(chǎn)生的沖擊有關(guān)。在研究中，將減振器的工作過程進(jìn)行細(xì)微劃分，對活塞與油液的間隙碰撞、活塞與缸筒的靜動摩擦力交變和閥片與活塞的黏附作用造成對減振器活塞沖擊的具體過程進(jìn)行力學(xué)分析，建立相應(yīng)的微分方程并且用MATLAB軟件進(jìn)仿真計算，仿真計算得到的減振器在換向沖擊過程中3種沖擊原因共同作用的活塞桿頭加速度時域波形如圖6所示，與臺架實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的波形基本一致。由此證明，減振器在換向過程中會產(chǎn)生沖擊，沖擊會導(dǎo)致活塞桿頭的振動，從而導(dǎo)致減振器的結(jié)構(gòu)異響。

圖6 3種沖擊原因共同作用下減振器活塞桿頭加速度衰減信號

4 減振器換向沖擊造成的危害及改進(jìn)措施

4.1 減振器換向沖擊造成的危害

減振器換向沖擊過程中造成的危害嚴(yán)重，應(yīng)找到應(yīng)對措施，減小換向沖擊造成的危害。

(1)減振器換向沖擊引起的振動等直接影響懸架系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。

(2)引起連接件的松動。

(3)減振器換向沖擊力大，容易引起系統(tǒng)漏油。

(4)降低閥體及運(yùn)動部件的壽命。

(5)引起噪聲和異響。汽車在行駛過程中，由于活塞伸張與壓縮往復(fù)運(yùn)動，減振器缸體內(nèi)部的油液不斷地進(jìn)行重復(fù)溶解和釋放的循環(huán)過程。一旦遇到腔體內(nèi)壓力在急劇增加后又突然減小，并且又不斷增加的情況，在減振器換向沖擊過程中的氣泡就會從油液中急速釋放，形成噪聲。

4.2 減小換向沖擊的措施

(1)限制閥體流速和運(yùn)動部件的速度。

(2)通過改進(jìn)閥體結(jié)構(gòu)，使閥體換向時逐漸改變，減小換向過程中的沖擊。

(3)適當(dāng)延長閥門關(guān)閉的時間。

(4)適當(dāng)增大閥體的孔隙，使流速量增加，流速減小，缸體內(nèi)油液壓力減小。

(5)可以安裝緩沖回路。設(shè)置合適的蓄能器、安全閥等緩沖附件。當(dāng)閥體產(chǎn)生激烈的沖擊時，流通閥、壓縮閥、伸張閥、補(bǔ)償閥快速開啟，消除較高的壓力峰值。

5 結(jié)束語

減振器產(chǎn)生換向沖擊的原因復(fù)雜多樣，造成的危害無法完全消除和避免，因此必須正確認(rèn)識和把握減振器產(chǎn)生換向沖擊的原因和造成的后果，并在今后的工作中著重研究減少減振器換向過程中產(chǎn)生的沖擊，降低危害，提高減振器的工作可靠性。

【1】張亞東，楊禮康，劉淑蓮，等.車輛油液減振器活塞桿加速度實(shí)驗(yàn)與仿真分析[J].機(jī)械設(shè)計與研究,2015(3):164-168.

ZHANGYD,YANGLK,LIUSL,etal.AnalysisofVehicleOilShockAbsorberPistonRodAccelerationExperimentandSimulation[J].MachineDesignandResearch,2015(3):164-168.

【2】宋睿,丁渭平.汽車雙筒式減振器異響的產(chǎn)生機(jī)理與控制方法研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012.

【3】吳英龍,趙華,王萌,等.減振器沖擊響應(yīng)及破壞的仿真研究[J].液壓與氣動,2013(1)：93-99.

WUYL,ZHAOH,WANGM,etal.SimulationofAbsorberImpactResponceandItsDestruction[J].ChineseHydraulics&Pneumatics,2013(1)：93-99.

【4】舒紅宇，王立勇，吳壁華,等.液力減振器結(jié)構(gòu)異響發(fā)生的微過程分析[J].振動工程學(xué)報,2005,18(3):282-287.

【5】趙玉剛，陳章位.沖擊響應(yīng)分析方法及其應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué),2004.

【6】喻志英,高品賢.沖擊信號分析處理方法及虛擬儀器設(shè)計[D].成都：西南交通大學(xué),2005.

【7】李艷敏,吳立言.復(fù)雜結(jié)構(gòu)的沖擊動力學(xué)分析與仿真[D].西安：西北工業(yè)大學(xué),2005.

【8】唐省名,胡軍科.液壓驅(qū)動往復(fù)泵換向沖擊研究及閉式系統(tǒng)設(shè)計[D].長沙：中南大學(xué),2011.

【9】陳鑫,孫冬野,劉昌文.車輛減振器噪聲原因分析及計算機(jī)仿真研究[D].重慶：重慶大學(xué),2006.

【10】李世民,呂振華.汽車筒式液阻減振器技術(shù)的發(fā)展[J].汽車技術(shù),2001(8):9-11.

【11】劉開宇,黃志堅.液壓沖擊的成因及其減少措施[J].南方金屬,2011(6):6-8.

LIUKY,HUANGZJ.FormationMechanismofHydraulicImpactandMeasurestoReduceIt[J].SouthernMetals,2011(6):6-8.

【12】楊譯，莊曄．基于Bouc-Wen模型和流體模型的減振器仿真及其整車實(shí)驗(yàn)仿真[D].長春：吉林大學(xué),2011.

大陸集團(tuán)大力改進(jìn)供油管理解決方案

國際科技公司大陸集團(tuán)近日舉辦慶典慶祝中國供油及后處理管理事業(yè)部蕪湖工廠供油模塊產(chǎn)量創(chuàng)歷史紀(jì)錄，達(dá)3 000萬臺，同時在中國推出了CEMA(模塊化高性價比方案)平臺。

本土生產(chǎn)能力強(qiáng)，供應(yīng)鏈短

自1999年大陸集團(tuán)在中國蕪湖工廠開始生產(chǎn)供油模塊至今，其產(chǎn)量已達(dá)3 000萬臺，供貨范圍涵蓋中國市場各類客戶。這里主要生產(chǎn)供油模塊、電動燃油泵、燃油電子控制模塊，油位傳感器及后處理產(chǎn)品等，服務(wù)對象不僅針對中國客戶，也針對其他亞洲客戶。

燃油管理業(yè)務(wù)在中國進(jìn)展非常順利。從1999年啟用新生產(chǎn)線以來，大陸集團(tuán)在先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)與測試設(shè)備、試車改進(jìn)以及員工專向培訓(xùn)等方面的強(qiáng)大實(shí)力不斷得以證明。

新生產(chǎn)線和新平臺面世

此外，供油及后處理管理業(yè)務(wù)單元中國團(tuán)隊還專門針對中國整車制造商成功量身打造了一個高性價比模塊化的CEMA 平臺，該平臺以高效理念為依托，整合了油泵、調(diào)壓閥、油位傳感器與過濾器等，核心零部件實(shí)現(xiàn)模塊化整合后可靈活應(yīng)對中國各大汽車廠商的不同需求。大陸集團(tuán)于2016年 7月在蕪湖建成并啟用了全新的供油模塊生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線專為高性價比模塊化平臺而設(shè)計，并將服務(wù)于中國各大知名自主品牌整車制造商。供油及后處理管理業(yè)務(wù)單元擁有一支扎根中國的實(shí)力強(qiáng)大的開發(fā)設(shè)計團(tuán)隊，可為中國國內(nèi)整車制造商提供全面的技術(shù)支持與幫助。

(來源：大陸集團(tuán))

Research Summarization of Reversing Impact for Automobile Suspension Shock Absorber

YAN Dandan,WANG Tianli

(Liaoning University of Technology,Jinzhou Liaoning 121000,China)

The reversing impact mechanism and the research methods for shock absorber were summarized. On this basis, the detriment of reversing impact of shock absorber was analyzed and summarized. In the end, some modified measures were presented.

Shock absorber ; Reversing impact; Abnormal sound

2016-08-01

閆丹丹(1991—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)檐囕v現(xiàn)代檢測技術(shù)。E-mail：1937953038@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.10.022

U463.33+5.1

A

1674-1986(2016)10-087-04