汽车减振器阻尼特性的仿真分析(精)
阻尼振动的实际案例分析
阻尼振动的实际案例分析在我们的日常生活和工程领域中，阻尼振动现象无处不在。
阻尼振动是指振动系统在振动过程中由于受到阻力的作用，其振幅逐渐减小的振动。
为了更好地理解阻尼振动，让我们通过一些实际案例来进行深入分析。
首先，让我们来看看汽车减震系统中的阻尼振动。
当汽车行驶在不平坦的路面上时，车轮会上下跳动，产生振动。
如果没有减震系统，这种振动将会持续较长时间，不仅会影响乘坐的舒适性，还可能对车辆的结构造成损害。
而减震系统中的减震器就起到了提供阻尼的作用。
减震器通常由液压或气压装置组成。
当车轮向上跳动时，减震器中的活塞会压缩油液或气体，产生阻力，消耗振动能量，使振幅逐渐减小。
同样，当车轮向下运动时，减震器也会产生相反方向的阻力，抑制振动的幅度。
通过这种方式，汽车的振动能够在较短的时间内衰减到可以接受的程度，保证了行驶的平稳性和安全性。
另一个常见的阻尼振动案例是乐器中的琴弦振动。
以吉他为例，当我们拨动琴弦时，琴弦会开始振动并发出声音。
然而，如果没有阻尼作用，琴弦将持续振动很长时间，声音会变得绵长而不清晰。
在吉他中，琴弦的阻尼主要来自两个方面。
一是空气的阻力，虽然空气阻力相对较小，但在长时间的振动过程中也会逐渐消耗能量。
更重要的是，手指按弦或者使用拨片止弦时，会对琴弦施加摩擦力，从而迅速减小振动的振幅。
这种阻尼的控制使得吉他能够演奏出各种节奏和音符，产生丰富多样的音乐效果。
再来看建筑结构中的阻尼振动。
在地震等自然灾害发生时，建筑物会受到强烈的振动。
如果没有有效的阻尼措施，建筑物可能会因为过度振动而发生损坏甚至倒塌。
为了增加建筑结构的阻尼，工程师们采用了多种方法。
一种常见的方法是在建筑物中安装阻尼器，如粘滞阻尼器或金属阻尼器。
粘滞阻尼器利用液体的粘性阻力来消耗振动能量，金属阻尼器则通过金属材料的塑性变形来吸收能量。
这些阻尼器可以有效地减小建筑物在地震中的振动幅度，提高其抗震性能。
此外，一些大型桥梁在受到风荷载或车辆荷载作用时也会发生振动。
双筒式减振器阻尼特性仿真及实验研究
在非正常作业工况，挖掘力按200kN考虑时，整车的最大当量应力为2192MPa，其余应力分布与正常作业状态，挖掘力按40kN计算时相当，且最大应力有所缓解，主要是因为，挖掘力增大，对中梁位置产生弯矩及向上的拉应力。
但挖掘支撑腹板上应力显著增大，由正常状态下的最大应力25MPa增加值118MPa（如图10-11所示）。
第四工况下，当量应力图如图12所示。
整车的最大当量应力为137MPa，与第一工况下应力分布相当，主要区别125t压力下该位置应力达用要求，经过加8mm降为135MPa，效果十分显著。
梁连接位置下平面上增加过渡圆弧筋板，时牵引梁下方开孔位置的应力集中。
今后类似设计的原则应该坚持。
参考文献:[1]李洪军，李欢图12双筒式减振器工作过程主要包括复原行程和压缩行程。
当行驶路面存在凸起障碍时，车轮相对于车身向上跳动，此时活塞杆带动活塞总成向压缩腔运动，减振器处于压缩行程，造成压缩腔体积减小，油压开始升高，一部分液式中：Q为流经小孔的流量；0.6-0.65；A为小孔面积；压差。
当长径比0.5<l/d⩽4计算公式为：式中：f为阀片开度。
减振器在工作时，流经活塞总成的流量成的流量Q C计算公式为：式中：S h为活塞面积；动速度。
生的阻尼力为：式中：P1为复原腔压强，P2为压缩腔压强，内部的摩擦力。
当压缩阀片未开阀时，上腔压差主要由活塞缝隙压活塞孔压差和流通阀变形开启的缝隙压差组成。
下腔压差由底阀孔压差、压缩阀片节流孔压差提供；阀片极坐标系，式中：r为极半径；常数p的压力；E为阀片组弹性模量；h为阀片组的厚度；根据长城系数法求解[8]，式（8）的通解为：1.压缩腔；2.活塞总成；3.导向环；4.油封；5.活塞杆；6.复原腔；7.防撞块；8.缸筒；9.补偿腔；10.底阀总成.图1双筒式减振器结构示意图（a）某型减振器（b）减振器台架图2减振器台架实验图对该减振器进行台架实验，2所示。
以30mm的正弦激励作为输入激励，经过模型仿真和实验得到的减振器示功图如图3所示。
带缓冲簧的汽车减振器外特性及其敏感度分析_图文(精)
——李仕生暋徐中明暋杨建国等带缓冲簧的汽车减振器外特性及其敏感度分析—的影响时 , 由图 7 减振器的复原阻尼力随 a可知, 着内部气压的增大而减小 ; 压缩阻尼力随着内部气压的增大而增大 ; 其敏感程度由图7 气 b 可知, 压对不同速度下的阻尼值基本上没有影响。
( 由图 8 随着油液温度的升高 , 减振 3 a可知 , 器的复原及压缩阻尼力都在减小 , 其敏感程度由 ( 阻尼力与油液温度的关系 a 图8 油液温度对减振器低速段的阻尼力影 b 可知 , 响较小 , 对中速段的阻尼力影响较大 , 而对高速段的影响有限。
( 由图 9 减振器的复原阻尼力和压 4 a可知, 缩阻尼力都随着摩擦力的增大而增大 ; 其敏感程度由图 9 摩擦力对不同速度下的阻尼力基 b 可知 , 本上没有影响。
6暋结束语 1. 毴=-3 5曟暋2. 毴=-1 0曟暋3. 毴=1 5曟图 8暋减振油液温度对减振器特性的影响 ( 不同油液温度时的速度特性曲线 b 4. 毴=4 0曟暋5. 毴=6 5曟暋6. 毴=9 0曟变形暠方法 , 建立了带缓冲簧的汽车减振器的详细数学模型 , 模型中不仅应用了流体力学及弹性力学理论 , 还考虑了流通阀、补偿阀对减振器阻尼力的影响 ; 对所建立的数学模型采用 MAT L A B软件进行仿真研究 , 将仿真结果和试验数据进行比较, 其二者较好符合 , 证明应用上述理论建立的数学模型正确可靠 ; 应用所建立的数学模型 , 分析了考虑缓冲簧时的减振器示功图的特点 , 同时还详细分析了活塞杆直径、内部气压、油液温度及摩擦采用“ 受均布载荷作用的环形薄板阀片挠曲 ( 阻尼力与摩擦力的关系 a 力等因素对减振器阻尼力的影响规律及敏感程度, 对这些复杂因素的考虑 , 使减振器阻尼特性的描述更为精确细致、更能准确地反映实际物理结构特性的规律 , 并为减振器的设计和性能预测提供了参考。
参考文献 : [ ] 1 暋L e eC T,M o o nB Y. S i m u l a t i o na n dE x e r i m e n t a l p 1. F F 0 0 N 暋3. F 0 0 N r=0暋2. r=1 r=2 4. F 0 0 N暋5. F 0 0 N暋6. F 0 0 N r=3 r=4 r=5 的影响 , 可得到如下结论 : 通过仿真阀系以外的各参数对减振器阻尼力图 9暋摩擦力对减振器特性的影响 ( 不同摩擦力时的速度特性曲线 b [ ] 2 暋L e eCT,M o o nBY. S t u d f t h eS i m u l a t i o nM o d e l yo o fa D i s l a c e m e n t-s e n s i t i v eS h o c kA b s o r b e ro fa p [ ] V e h i c l eb o n s i d e r i n h eF l u i dF o r c e J . J o u r n a l yC gt , S i n a lP r o c e s s i n 2 0 0 6, 2 0: 3 7 3 飊 3 8 8. g g [ ] F l u i d f l o wM o d e l i n J .M e c h a n i c a lS s t e m sa n d g y D i s l a c e m e n t S e n s i t i v e S h o c k A b s o r b e r U s i n p g V a l i d a t i o no fV e h i c l eD n a m i cC h a r a c t e r i s t i c sf o r y ( 由图6 随着活塞杆直径的增大 , 减 1 a可知 , , ; 振器的复原阻尼力减小压缩阻尼力增大其敏感程度由图 6 活塞杆直径对减振器的低速段 b 可知 , 的阻尼力影响较小, 而对高速段的阻尼力影响较大。
阻尼振动的实际案例分析
阻尼振动的实际案例分析在我们的日常生活和众多的工程领域中，阻尼振动现象无处不在。
阻尼振动是指在振动过程中，由于阻力的作用，振动系统的能量逐渐减少，振幅逐渐减小的振动。
为了更深入地理解阻尼振动，让我们一起来探讨一些实际案例。
首先，让我们看看汽车减震系统中的阻尼振动。
当汽车行驶在不平坦的道路上时，车轮会受到来自路面的冲击而产生振动。
如果没有减震系统，这种振动将会传递到车身，使乘客感到极度不适，甚至影响行车安全。
汽车减震系统中的减震器就是利用阻尼原理来减少振动的。
减震器内部通常充满了油液，并包含一个活塞。
当车轮上下振动时，活塞在油液中运动，油液通过小孔时产生阻力，从而消耗振动能量。
这种阻力的大小可以通过调整小孔的尺寸和油液的粘度来控制。
优质的减震系统能够在快速吸收振动能量的同时，保持车辆的稳定性和操控性。
不同类型的汽车，如轿车、越野车和赛车，其减震系统的阻尼特性会根据车辆的用途和性能要求进行专门设计。
另一个常见的阻尼振动案例是钟摆的运动。
在理想情况下，没有空气阻力和摩擦，钟摆会一直以相同的振幅和周期摆动下去。
但在实际中，空气阻力和钟摆轴的摩擦会导致能量逐渐损耗，振幅逐渐减小。
为了减小阻尼的影响，提高钟摆的精度，一些高精度的时钟会采用特殊的材料和制造工艺来减少摩擦，并将钟摆放置在真空环境中以消除空气阻力。
在建筑结构中，阻尼振动也起着重要的作用。
例如，在高层建筑中，风荷载可能会引起结构的振动。
为了减小这种振动对建筑安全性和舒适性的影响，工程师会采用各种阻尼装置。
一种常见的阻尼装置是调谐质量阻尼器（TMD）。
TMD 通常由一个质量块、弹簧和阻尼器组成。
它的工作原理是通过调整质量块的质量、弹簧的刚度和阻尼器的阻尼系数，使其与建筑结构的振动频率相匹配。
当建筑结构受到风荷载等外部激励而振动时，TMD 会产生相反的作用力，消耗振动能量，从而减小结构的振动幅度。
例如，台北 101 大楼就安装了一个巨大的 TMD，有效地减轻了风振对大楼的影响。
汽车减振器阻尼特性的仿真分析_任卫群(精)
第18卷增刊2 系统仿真学报© V ol. 18 Suppl.22006年8月 Journal of System Simulation Aug., 2006汽车减振器阻尼特性的仿真分析任卫群1, 赵峰1, 张杰1,2(1.华中科技大学CAD 中心, 湖北武汉 430074; 2.万向集团技术中心, 浙江杭州311215摘要:采用系统仿真方法及MATLAB 软件,建立汽车减振器的详细模型,并进行仿真研究。
模型能反映减振器的详细物理结构,如考虑油液特性影响、阀片刚度影响、摩擦力影响等。
模型经试验校验/阻尼特性计算精度达90%,模型精度能满足实际工程问题的需要。
经二次开发形成一套能进行参数化自动建模和仿真分析的软件系统,最终在汽车减振器设计过程中形成一套阻尼特性研究的系统完整的方法。
关键词:系统仿真;汽车减振器;阻尼特性中图分类号:TP 391.77 文献标志码:A 文章编号:1004-731X (2006 S2-0957-04Simulation on Damping Behavior of Vehicle Shock AbsorberREN Wei-qun 1, ZHAO Feng 1, ZHANG Jie 1,2(1. CAD Center, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;2. Wanxiang Group Technical Center, Hangzhou 311215, ChinaAbstract: The system simulation method and the MATLAB software were used to build a detailed model of a vehicle shock absorber. The detailed structure includes in the model , such as the hydraulic properties, the valve stiffness and the friction force. The absorber model was validated using test data and the precision is above 90%, which can fulfill the engineering requirement . An automated modeling and simulation software package based on MATLAB was developed, which could support a systematic research of vehicle shock absorbers in its design.Key words: system simulation; vehicle shock absorbers; damping behavior引言目前汽车悬架中广泛采用双向筒式液压减振器提供悬架阻尼,其动力学特性对汽车操纵稳定性、平顺性等都有重大影响,因此减振器性能预测与设计方法改善已成为重要研究课题。
麦弗逊式前悬架液力减振器阻尼特性仿真与试验
ｆ ｂ ｔａｔ Ｔ ｅｓ ｕｔｒｌｅｔｒｓ ｆ ａ＇ｈ ｄａ ｌ ｈｃ ｂｏｂｒ ｏ ｏ ｔ ｃ ｈｒ ｎｓｓｅｓ ｎｉ ａ 、 ｓｒ ｃ ｈ ｔ ｃ ａ ａ ｅ ｃｒ ｙ ｒｕｉ ｓｏｋａ ｓｒｅ ｒｒｎ ＭａＰ ｅｓ ｐｎｉ ｎ Ａ Ｉ ｒ ｕ ｆ ｕ ｏａ ｓ ｃ ｆ ｆ ｏ ｕ ｏ ｓ
江浩斌 ， 杨如泉 ， 陈 龙 ， 丽琴 孙
（ 江苏大 学汽车与交通工程学院 ， 江 ２ ２ １ ） 镇 １０ ３
【 摘要 】 分析 了某轿车麦弗逊式前悬架液力 减振器 的结构特 点 ， 立 了该 减振器 阻尼特 性的数学模 型 ， 建 分别
采用钱 氏摄 动法和有 限元法计算减振器节流 阀片 的挠 曲变形 ， 过仿 真计算得 到了相应 的减振器 阻尼特 性 ， 过台 通 通 架试验进行 了减振器样件 的阻尼性能测试 。对 比分析表 明： 真结果 与试验结果基本一致 ， 仿 验证 了减振器阻尼特 性 数学模型 的有效性 ； 根据有 限元法计算 的阀片变形所预测 的减振器阻尼特性更接近试验值 ， 结果有利 于提 高液 研究 力减振器阻尼特性的计算精度 。
ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉ ｔｄ ｄ ｍｐ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｄ ｆ ｃ ｉｎ ｏ ａｖ ｌｔ ｓ ｃ ｃ ｌｔ ｄ ｂ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｒ ｎ ｈ ｒ ｄ ｃｅ ａ ｉ ｇ ｃ ａａ ｔ ｒ ｔ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｔ ｆｖ ｅ ｐ ａｅ ａ ｕ ａｅ ｙ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｉ ｃ ｈ ｌ ｏ ｌ ｌ ｉ ｅ
ｔ ｎ ｆ ｈ ｃ ｂｏｂｒ ａ ｅｐａｅ ａ ａｃｌｔ ｙＱ ａ —ｅｔｒａ ｏ ｔｏ ｎ ｎｔ ｅ ｍｅ ｔ ｔｏ ｅｐ ｃ ｉ ｓ ｏｋａ ｓｒｅ＇ｖｌ ｌｔ ｒ ｃ ｕａｅ ｂ ｉｎｐ ｒ ｂ ｔ ｎｍｅ ｄａｄｆ ｉ ｌ ｎ ｍｅ ｄ ｒｓｅ、 ｏ ｏｓ ｓ ｖ ｓ ｅｌ ｄ ｕ ｉ ｈ ｉ ｅ ｅ ｈ
车辆减振器动态特性的仿真研究的开题报告
车辆减振器动态特性的仿真研究的开题报告一、选题背景车辆减振器作为车辆运动学与乘车舒适性的重要组成部分，具有很高的研究价值。
在现代地面交通领域，车辆制造业正向更为高速、更加先进、更为安全的方向发展，而减振器的作用在其中至关重要。
目前，已经有很多学者针对车辆减振器的静态特性（如弹性特性、阻尼特性等）进行了深入研究，在这些研究的基础上，有必要深入了解减振器在实际运行中的动态特性（如工作状态、应变应力分布等）。
在车辆制造业的发展中，提高车辆的运行稳定性和乘车舒适性已成为行业的主要目标。
为此，通过减振器动态特性仿真研究，可以得到更为清晰、深入的减振器动态特性数据，并进一步提高车辆减振器的设计和制造水平，有助于促进我国车辆制造产业的发展。
二、研究意义1. 加深对车辆减振器动态特性的理解车辆减振器动态特性是车辆运动学和乘车舒适性的重要组成部分，加深对车辆减振器动态特性的研究，有助于提高车辆的性能和舒适度。
2. 探讨车辆减振器参数对车辆性能的影响通过仿真研究，可以得出不同减振器参数对车辆性能的影响规律，有助于车辆制造企业在设计和制造车辆时有的放矢。
3. 促进我国车辆制造业的发展通过深入研究车辆减振器动态特性，可以为我国的车辆制造产业提供有力的技术支持，提高我国车辆制造业的核心竞争力。
三、研究内容1. 建立车辆减振器动态特性仿真模型基于有限元法或者其他适合的方法，建立减振器的动态特性仿真模型。
2. 研究不同减振器参数对车辆性能的影响通过变化减振器的弹性特性、阻尼特性、质量等参数，研究不同减振器参数对车辆性能的影响和规律，探讨如何通过调整减振器参数提高车辆的性能和舒适度。
3. 结合试验数据验证仿真结果利用试验技术获取车辆减振器动态特性相关数据，与仿真结果进行比较，验证减振器动态特性仿真模型的准确性。
四、研究方法1. 基于有限元法或其他适合的方法，建立车辆减振器的动态特性仿真模型。
2. 利用现代仿真技术和数值计算方法，对减振器的动态特性进行解析。
减震器的特性分析与仿真
摘要减振器特性仿真可以验证减振器参数设计是否合理，及时发现设计中存在的问题，减少试验次数和费用，加快减振器设计和开发，具有很重要的经济效益和社会效益。
然而，对减振器特性仿真的研究，目前，国内外大都是利用现成的仿真软件,模型所需要参数大都需要试验获得，难以建立准确可靠的仿真模型,特性仿真数值不可靠。
本文对减振器结构和原理、各阻尼构件和局部节流压力损失进行了分析，对节流阀片阀口开度进行了探讨。
利用弯曲变形解析计算式，根据节流压力与流量以及速度之间关系，建立了减振器两次开阀速度点。
在此基础上，根据开阀前、后的油路模型，对减振器开阀前、后的特性进行了深入地分析，建立了减振器特性分段数学模型。
利用Matlab软件，对减振器特性模型施加一定频率和幅值的谐波激励，对减振器内、外特性进行仿真，并且对减振器特性影响因素进行了分析。
通过特性试验值与特性仿真值比较可知：所建立的减振器特性仿真模型是正确，特性仿真值是可靠的，对减振器设计和特性仿真具有重要的参考应用价值。
关键词：车辆工程，筒式减振器，分段数学模型，特性仿真，影响因素IAbstractThe characteristic emulation of the shock absorber can validate whether the designed parameter is proper or not, find the problems on time on the way of the designing, so experimentation and the expenditure can be reduced, then the shock absorber’s design, exploiture and yield can be greatly prompted.Therefore it is very import to the benefit of economy and society that the research of the characteristic emulation .Now the research of the characteristic emulation are mainly base on the ready-made software in homeland and fremdness. Because founding the precise model is rather difficult that the numerical value which is get by the characteristic emulation is uncertainty.For the characteristic emulation existing problems, the thesis analyzed the structure and principle of the shock absorber, the damping component and the lossing of local pressure of throttle and the uncorking of the throttle ing curved distortional resolvable calculate formulate , we can get the two critical velocity of shock absorber.Hereon bases , by analyzing fore-and-aft oil routes’ model and the characteristic emulation of the shock absorber , veracious and effective parted –mathematics’model of the shock absorber is established . By using the Matlab software to impose some frequency and breadth value on the shock absorber , emulated inside and outside of characteristic of the shock absorber and analysed effectible factors of shock absorber.By comparing the characteristic examinational value and the characteristic emulational value ,we can know the mathem atics’model is precise , .and the characteristic emulational value is dependable , It is referential importance for the design of shock absorber and the characteristic emulation.Key words: Vehicle engineering , Cylinder shock absorber , Characteristic modeling , Emulation , Effect factorsII目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言................................................ - 1 -1.1课题的背景和目的....................................... - 1 -1.1.1 研究背景........................................ - 1 -1.1.2 研究目的........................................ - 1 -1.2 减振器研究现状........................................ - 2 -1.3 本论文研究内容........................................ - 2 -第二章油液介质及其流动特性................................... - 3 -2.1 油液特性.............................................. - 3 -2.2 油液流动.............................................. - 5 -2.2.1 油液流动公式.................................... - 5 -2.2.2 油液流动分析.................................... - 6 -2.2.3 局部损失叠加原理................................ - 7 -2.3本章小结............................................... - 8 -第三章汽车筒式减振器阻尼构件分析............................. - 9 -3.1 常通节流孔............................................ - 9 -3.2 叠加阀片等效厚度与阀口开度............................ - 9 -3.2.1 叠加阀片等效厚度................................ - 9 -3.2.2 阀口开度....................................... - 10 -3.3 节流缝隙............................................. - 11 -3.4 活塞缝隙............................................. - 11 -3.5 活塞孔............................................... - 11 -3.5.1 活塞孔沿程阻力损失............................. - 12 -3.5.2 活塞孔局部阻力损失............................. - 12 -3.5.3 活塞孔等效长度的确定........................... - 13 -3.6本章小结.............................................. - 14 -第四章筒式减振器的工作原理及特性分析........................ - 15 -4.1 筒式减振器的工作原理................................. - 15 -4.1.1 复原行程....................................... - 15 -IIIIV4.1.2 压缩行程 ....................................... - 16 -4.2 复原行程特性分析 ..................................... - 16 -4.2.1 复原行程开阀速度点 ............................. - 16 -4.2.2 复原初次开阀前特性分析 ......................... - 19 -4.2.3 复原初次开阀后特性分析 ......................... - 20 -4.2.4 复原二次开阀后特性分析 ......................... - 23 -4.3 压缩行程特性分析 ..................................... - 25 -4.3.1 压缩行程开阀速度点 ............................. - 25 -4.3.2 压缩阀初次开阀前特性分析 ....................... - 26 -4.3.3 压缩阀初次开阀后特性分析 ....................... - 27 -4.3.4 压缩阀二次开阀后特性分析 ....................... - 29 -4.4 本章小结 ............................................. - 31 -第五章 汽车筒式减振器特性仿真 ................................ - 32 -5.1 减振器特性仿真的数学模型 ............................. - 32 -5.2 运动特性仿真 ......................................... - 33 -5.3 减振器外特性仿真 ..................................... - 34 -5.3.1 速度特性仿真 ................................... - 35 -5.3.2 示功图仿真 ..................................... - 36 -5.3.3 特性验证 ....................................... - 36 -5.4 减振器内特性仿真 ..................................... - 37 -5.5节流阀开度仿真 ........................................ - 38 -5.6本章小结 .............................................. - 39 -第六章 减振器特性影响因素分析 ................................ - 40 -6.1 阀片厚度h 对减振器特性的影响 ......................... - 40 -6.2 常通节流孔的大小f A 、y A 对减振器特性的影响 ........... - 40 -6.3 阀片预变形量0r f 对减振器特性的影响 .................... - 41 -6.4 活塞杆直径g d 对减振器特性的影响 ...................... - 41 -6.5 温度对减振器特性的影响 ............................... - 42 -6.6 本章小结 ............................................. - 43 - 结 论 ....................................................... - 44 - 参考文献 ..................................................... - 45 - 致 谢 ........................................... 错误！未定义书签。
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第18卷增刊2 系统仿真学报© Vol. 18 Suppl.22006年8月 Journal of System Simulation Aug., 2006汽车减振器阻尼特性的仿真分析任卫群1, 赵峰1, 张杰1,2（1.华中科技大学CAD中心, 湖北武汉 430074; 2.万向集团技术中心, 浙江杭州311215）摘要：采用系统仿真方法及MATLAB软件，建立汽车减振器的详细模型，并进行仿真研究。
模型能反映减振器的详细物理结构，如考虑油液特性影响、阀片刚度影响、摩擦力影响等。
模型经试验校验/阻尼特性计算精度达90％，模型精度能满足实际工程问题的需要。
经二次开发形成一套能进行参数化自动建模和仿真分析的软件系统，最终在汽车减振器设计过程中形成一套阻尼特性研究的系统完整的方法。
关键词：系统仿真；汽车减振器；阻尼特性中图分类号：TP 391.77 文献标志码：A 文章编号：1004-731X (2006) S2-0957-04Simulation on Damping Behavior of Vehicle Shock AbsorberREN Wei-qun1, ZHAO Feng1, ZHANG Jie1,2（1. CAD Center, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;2. Wanxiang Group Technical Center, Hangzhou 311215, China）Abstract: The system simulation method and the MATLAB software were used to build a detailed model of a vehicle shock absorber. The detailed structure includes in the model, such as the hydraulic properties, the valve stiffness and the friction force. The absorber model was validated using test data and the precision is above 90%, which can fulfill the engineering requirement. An automated modeling and simulation software package based on MATLAB was developed, which could support a systematic research of vehicle shock absorbers in its design.Key words: system simulation; vehicle shock absorbers; damping behavior汽车双向筒式液压减振器的仿真模型分为两类，一类是反映减振器外部特性的黑箱模型[1-2]，包括恢复力映射方法、神经网络方法等，黑箱模型不能细致地反映减振器具体结构(如阀片具体参数)调整对性能的直接影响，不能完全满足减振器模型作为性能预测工具的需要。
另一类是基于内部结构机理建模的详细物理模型[3-4]，包含压力模型和阀片压力－流速特性，其中压力模型用一阶非线性微分方程表达流体可压缩性模型、确定不同的内部腔体压力，阀片的压力－流速特性可采用测力计试验辨识阀片参数后解析地确定、或由试验直接测定得到压力－流速数据、或采用计算流体动力学(CFD)方法计算不同阀体元器件压力－流速特性。
国内有北京理工大学、清华大学等对减振器的阻尼特性进行了研究[5-6]。
因此，针对汽车双向筒式液压减振器的仿真研究，需要开发一套系统完整的减振器仿真模型，能详细反映减振器内部结构及参数，反映减振器内部结构（如阀片）调整对减振器阻尼特性乃至整车性能的影响。
论文针对万向集团实际生产的减振器，采用系统仿真方法并基于MATLAB软件，建立其阻尼特性仿真分析的模型；模型能反映减振器详细的内部结构及参数，如考虑流体密度随压强的变化，集成阀片刚度的有限元分析结果等；模型经过试验验证，其阻尼特性计算精度达90％，能满足解决实际工程问题的需要；最后在MATLAB软件基础上开发参数化自动建模软件系统，形成汽车双向筒式减振器阻尼特性研究的系统完整方法，方便设计人员使用。
引言目前汽车悬架中广泛采用双向筒式液压减振器提供悬架阻尼，其动力学特性对汽车操纵稳定性、平顺性等都有重大影响，因此减振器性能预测与设计方法改善已成为重要研究课题。
传统设计方法主要根据经验确定设计参数然后进行试验修正，采用结构参数不同的样机装备于要匹配的汽车，由试车员进行实车试验评价，这个过程须对减振器内部参数进行多次反复调整，并经多次试制与试验，这种完全依赖于样机实验的设计方法不但周期长、成本高，而且较难获得最优的减振器特性。
为克服上述方法缺点、减少减振器样机试制及实车试验费用、缩短开发周期，利用系统仿真技术进行减振器性能预测和设计优化已成必然趋势，其基本过程是基于减振器结构建立数学模型，经模拟分析得到阻尼特性，将此特性用于汽车系统动力学和振动分析，评价汽车的操纵稳定性、平顺性等性能，在此基础上对减振器特性和结构进行优化设计。
因此，采用系统仿真方法进行减振器研究的核心问题是建立准确反映减振器特性的模型，以便在设计阶段能准确预测减振器的阻尼特性。
收稿日期：2006-04-29 修回日期：2006-06-01基金项目：国家“八六三”高技术研究发展计划(2003AA001031); 国家自然科学基金(60574053)作者简介：任卫群(1971-), 男, 湖北人, 博士, 副教授, 研究方向为系统仿真、机械系统CAE, 汽车动力学与控制; 赵锋(1980-), 男, 湖北人, 硕士生, 研究方向为汽车动力学仿真; 张杰(1978-), 男, 湖北人, 博士生, 工程师, 研究方向为汽车动力学仿真。
·957·第18卷增刊2 Vol. 18 Suppl.2 2006年8月系统仿真学报 Aug., 2006方程；忽略导向杆的泄漏面积。
根据这样的基本假设，着眼于基本液力系统及主要阀系的特性，进行适当抽象及简化，建立减振器的模型，如图2所示。
1 减振器基本结构及工作过程万向集团实际生产的一种汽车双向筒式液压减振器，其实际结构如图1所示。
图2 汽车双向筒式液压减振器的模型图1 汽车双向筒式液压减振器的实际结构上述模型中以一些基本物理量表征减振器油液、基本液力腔及基本阀系的特性，根据流体的基本物理规律进行压力、流量等的计算，最终得到减振器阻尼特性的变化规律。
仿真过程中，首先按时间流程计算每步长下的运动速度继而进行各液压腔压强p 的预估(包括p1，p2，p3预估)。
&，x&，Q&)，进而&或Q&，Q然后计算各腔的流量(Q1−2上述基本结构中包含的减振器基本液力系统，主要有减振器油液、承载减振器油液的基本液力腔以及连通三个液力腔的基本阀系。
减振器油液，具有液体基本特性参数。
基本液力腔包括上腔(第I腔)，下腔(第II腔)和补偿腔(第III腔)。
基本阀系主要包括复原阀分总成和压缩阀分总成，复原阀分总成包括复原阀和流通阀，其主要开口部位包括复原阀片开口(A5_15)、流通阀片开口(A19)、阀座上两列常开的通孔(A20、A21)，以及复原阀和流通阀在液力作用下变形造成的开口Ares，Aflow；压缩阀分总成包括压缩阀和补偿阀，其主要开口部位包括压缩阀片开口(A1_4)、补偿阀片开口(A16)、阀座上两列常开的通孔(A17、A18)，以及压缩阀和补偿阀在液力作用下变形造成的开口Acomp,Aequ。
在减振器实际运动过程中，当减振器活塞向下运动时，油液从下腔(第II腔)流向上腔(第I腔)以及补偿腔(第III腔)，这时由于流体压力的作用使得压缩阀(A1_4)打开、流通阀(A19)打开；而当减振器活塞向上运动时，油液从上腔(第I腔)以及补偿腔(第III腔)流向下腔(第II腔)，这时由于流体压力的作用使得复原阀(A5_15)打开、补偿阀(A16)打开。
由于活塞向上和向下运动时流体运动的通路不同，造成所形成的阻尼力有所不同。
3−22−12−3&，Q&，Q&，分别为下腔用质量守恒方程校核。
假设Q2−32−11−0至上腔、下腔至补偿室、上腔至补偿室的油液瞬时容积流量，&则反之）&，Q，根据上腔和下腔的质量守恒，有：（Q1−23−2d(ρ1V1)&2−1−ρ1Q&1−2−ρ1Q&1−0 =ρ2Qdtd(ρ2V2)&+ρQ&&& (1)=ρ1Q1−233−2−ρ2(Q2−1+Q2−3)dt&=0，Q&>0 上述式中，若p1>p2，则Q2−11−2&=0，Q&>0 若p2>p1，则Q1−22−1&=0，Q&>0 若p2>p3，则Q3−22−3&=0，Q&>0 若p3>p2，则Q2−33−2粘性液体通过节流孔的流量与压差的关系一般可用下式描述：&=CA(2∆p1/n (2) Qdρ式中Cd是流量系数，A是通流面积，∆p是节流孔前后压差，&是容积流量，n是经验指数，一般取ρ是流体上游密度，Q为1.75。
根据以上公式和计算过程，通过压强p的修正和流量与压强计算的迭代，达到精确确定各腔压强的目的。
最后根据上面计算得到的各腔压强p1，p2，p3的精确数值，计算得到总的阻尼力：2 减振器阻尼特性的建模和仿真方法根据这种双向筒式减振器的结构和应用条件，在减振器模型建立过程中有以下基本假设:流经多孔口的流动是湍流流动，流动是准稳态的；忽略孔口处的液体容积；在液体集中的腔室容积内，压力瞬时均匀化，不考虑容积内的压力分布；忽略缸壁的柔性；忽略节流中的热量生成，不使用能量F=Ap⋅p2−(Ap−Ar)⋅p1−Ff⋅sign(v) (3)其中Ap为活塞面积，Ar为连杆面积，Ff为摩擦力。
根据以上公式得到运动速度与阻尼力间的对应关系。
完成所有步长下对应关系的计算，最后得到阻尼特性曲线。
·958·第18卷增刊2 Vol. 18 Suppl.2 2006年8月任卫群, 等：汽车减振器阻尼特性的仿真分析 Aug., 2006表1 仿真分析结果与测试数据的比较以上的减振器详细模型，为能更准确地反映实际结构的特性，针对一些特殊问题进行了特殊处理。