减振器阻尼对汽车大冲击性能的影响分析
阻尼减震原理
阻尼减震原理
阻尼减震原理是指通过增加阻尼来减少振动或震动的力量。
在工程学和物理学中，阻尼减震原理被广泛应用于各种机械系统和结构中，以减少振动对系统的影响，保护设备和结构的安全稳定运行。
下面将详细介绍阻尼减震原理的相关知识。
阻尼减震原理的基本概念是通过增加阻尼来吸收振动能量，从而减少振动的幅
度和频率。
在实际应用中，常见的阻尼减震装置包括减震器、阻尼器和缓冲器等。
这些装置通过消耗振动能量或改变振动系统的固有频率来实现减震效果。
在机械系统中，阻尼减震原理的应用可以有效降低机械设备的振动和噪音，延
长设备的使用寿命，提高设备的工作效率。
例如，汽车的减震器就是利用阻尼减震原理来减少车辆行驶时的颠簸和震动，提高乘坐舒适性和行驶稳定性。
在建筑工程中，阻尼减震原理也被广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。
通过设
置阻尼器和减震器等装置，可以有效减少地震、风载等外部作用下结构的振动，提高建筑物的抗震性能和安全性能。
此外，阻尼减震原理还被应用于航天器、船舶、风力发电机等领域。
在航天器
和船舶中，阻尼减震装置可以减少机体受到的外部振动和冲击，提高设备的稳定性和安全性；在风力发电机中，阻尼减震原理可以减少风车叶片的振动，提高发电效率和延长设备寿命。
总之，阻尼减震原理作为一种重要的减震技术，在工程学和物理学领域具有广
泛的应用前景。
通过合理应用阻尼减震原理，可以有效减少振动对系统的影响，保护设备和结构的安全稳定运行，提高工作效率和使用寿命。
希望本文介绍的阻尼减震原理相关知识对您有所帮助。
汽车避震系统
舒适性是轿车最重要的使用性能之一。
舒适性与车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性相关。
所以，汽车悬架是保证乘坐舒适性的重要部件。
同时，汽车悬架做为车架 ( 或车身 ) 与车轴 ( 或车轮 ) 之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。
因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。
汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。
从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。
减振器指液力减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。
传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架 ( 或车身 ) 有确定的相对运动规律。
汽车悬架的形式分为非独立悬架和独立悬架两种：非独立悬架的车轮装在一根整体车轴的两端，当一边车轮跳动时，影响另一侧车轮也作相应的跳动，使整个车身振动或倾斜，汽车的平稳性和舒适性较差，但由于构造较简单，承载力大，目前仍有部分轿车的后悬架采用这种型式。
独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架 ( 或车身 ) 下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，汽车的平稳性和舒适性好。
但这种悬架构造较复杂，承载力小。
现代轿车前后悬架大都采用了独立悬架，并已成为一种发展趋势。
独立悬架的结构分有烛式、麦弗逊式、连杆式等多种，其中烛式和麦克弗逊式形状相似，两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起，但因结构不同又有重大区别。
烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬架形式，形状似烛形而得名。
特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化，有利于汽车的操纵性和稳定性。
麦克弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬架形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动。
力学系统阻尼对振动特性的影响研究
力学系统阻尼对振动特性的影响研究在我们的日常生活和工程实践中，振动现象无处不在。
从桥梁的晃动到机械零件的微小振动，从建筑物在风中的摆动到电子设备的共振，振动既可能是有益的，也可能带来严重的问题。
而在研究振动现象时，力学系统中的阻尼是一个至关重要的因素。
阻尼能够有效地消耗振动能量，从而改变振动的特性。
首先，让我们来了解一下什么是阻尼。
简单来说，阻尼是一种阻碍物体运动、消耗能量的力。
在力学系统中，阻尼的存在使得振动的幅度逐渐减小，振动逐渐衰减。
阻尼可以分为多种类型，比如粘性阻尼、结构阻尼、库仑阻尼等。
粘性阻尼是最为常见的一种阻尼形式，它与物体的运动速度成正比。
想象一下，把一个物体放在粘稠的液体中，它在运动时会受到液体的阻力，这个阻力就类似于粘性阻尼。
结构阻尼则是由于材料内部的微观结构变化和能量耗散引起的，比如金属材料在反复受力时内部的位错运动就会产生结构阻尼。
库仑阻尼则常见于有干摩擦的情况，例如物体在粗糙表面上滑动时所受到的摩擦力。
那么，阻尼是如何影响振动特性的呢？阻尼对振动频率有着一定的影响。
在无阻尼的理想情况下，振动系统的固有频率是固定不变的。
然而，当存在阻尼时，系统的固有频率会略微降低。
这就好比一个无阻尼的弹簧振子振动得很欢快，而当有了阻尼的“束缚”，它的振动节奏就稍微慢了一些。
阻尼对振动幅度的影响更是显著。
在没有阻尼的情况下，振动的幅度将保持不变，这被称为等幅振动。
但在实际情况中，阻尼会使振动幅度逐渐减小，直至振动停止。
阻尼越大，振动衰减得就越快。
比如说，一辆汽车在减震器损坏（阻尼减小）的情况下，经过颠簸路段时车身的晃动会更加剧烈且持续时间更长；而正常的减震器（有合适的阻尼）能够快速衰减车身的振动，使乘坐更加平稳。
此外，阻尼还会影响振动的相位。
在无阻尼系统中，振动的位移和速度之间存在固定的相位关系。
但有阻尼时，这种相位关系会发生变化，导致振动的形态变得更加复杂。
在工程应用中，对阻尼的研究和控制具有重要意义。
减振器阻尼对汽车大冲击性能的影响分析
减振器阻尼对汽车大冲击性能的影响分析作者：长安汽车股份有限公司董益亮彭旭阳摘要：本文简要介绍了汽车大冲击性能分析评价指标和分析评价方法。
利用ADAMS软件建立了某轿车四通道平顺性分析模型，分析了减震器阻尼在不同车速下对大冲击性能的影响，提出了优化方案。
实车验证结果表明，该方法是一种有效的汽车大冲击性能分析评价方法。
关键字：冲击，乘坐舒适性，评价1 前言汽车在路面上行驶时，除了随机路面外，偶尔也会遇到冲击路面，如减速带、路面凸块和凹坑、铁路交叉口、路面接缝等，这类路面统称为冲击路面，其特点是冲击较大，冲击的产生间隔足够长的距离，这样在下次冲击来之前，车辆的振动已充分衰减。
来自路面的剧烈冲击，通过轮胎、悬架、车身和座椅传给人体，同时会引起悬架和车身的跳动。
大冲击舒适性是用户评价汽车乘坐舒适性的重要内容，也是汽车厂家在汽车开发过程中需要控制的重要指标之一。
在汽车开发的底盘调校阶段，一般通过减振器阻、弹簧和缓冲块来优化汽车的大冲击乘坐舒适性，其中减振器阻尼力的优化最为重要和复杂。
2 汽车冲击性能分析评价方法2.1 冲击乘坐舒适性评价指标当汽车遇到路面冲击时，会导致以下汽车振动响应：1) 主振动(Primary Ride)：车体的刚体振动响应，如俯仰和侧倾，乘员有时会感受到悬架限位块的撞击。
2) 冲击(Impact)：乘员通过座椅和地板感受到的来自路面的较大冲击，以及车体上下运动速度迅速改变。
本文用地板、座椅等所关心位置的最大(绝对值)的加速度，以及车身的最大振动俯仰角和振动衰减的快慢作为大冲击振动下的客观评价指标。
2.2 大冲击仿真分析方法目前，大冲击CAE分析方法主要有两类，一是基于平顺性轮胎模型的整车道路仿真分析方法，二是基于四通道的整车台架仿真分析方法。
第一种方法必须使用平顺性轮胎模型，常用的平顺性轮胎模型主要有ftire、swift 轮胎模型等，并配合使用冲击路面模型，冲击路面模型主要有三角形凸块路面、矩形凸块路面、锯齿形凸块路面等[1]，见图1。
颗粒阻尼参数影响分析
颗粒阻尼参数影响分析发布时间：2022-11-23T03:40:33.868Z 来源：《中国科技信息》2022年第15期作者：张世佳王强[导读] :颗粒阻尼技术作为新型减振的手段之一，越来越得到广泛应用。
本文针对颗粒阻尼减振效果的影响因素展开分析，张世佳王强陆军装甲兵学院士官学校摘要:颗粒阻尼技术作为新型减振的手段之一，越来越得到广泛应用。
本文针对颗粒阻尼减振效果的影响因素展开分析，结合了离散元EDEM软件分析了颗立填充率对减振效果的影响，最终得到了最优参数。
关键词:颗粒阻尼 EDEM参数影响颗粒阻尼(Particle Damping PD)技术作为冲击阻尼的一种衍生技术[1],起源于航空领域及机械振动控制领域，如为解决在低温、低粘度条件下航天飞机主发动机（SSMES）转子轴承系统振动过大的问题，设计了一种冲击阻尼器，通过控制找到冲击阻尼器的最佳工作振幅有效抑制振动，与传统的阻尼减振技术相比，颗粒阻尼技术具有五大优点:一是相对整体结构质量很小,便于轻量化抑振；二是不改变结构的外观设计，占有空间极小；三是有效提高系统的阻尼比；四是颗粒阻尼器一般不受外界无温度、粘性等影响，能够在恶劣环境中应用;五是具有良好的隔振、减振和抗冲击性能[2]。
因此，本文针对颗粒阻尼技术未来发展应用，结合EDEM 离散元软件分析对颗粒阻尼减振效果产生影响的因素，为后续的阻尼应用研究提供借鉴意义。
1 EDEM软件参数设置EDEM 是全球首个多用途离散元仿真软件，已经广泛应用于颗粒处理过程的仿真与分析，EDEM可以进行高效的颗粒建模，并通过添加接触模型插件来完成接触力的计算。
(1) 颗粒阻尼容器模型的建立为了更能充分考虑阻尼容器对颗粒阻尼应用效果的影响，设计不同种类型的颗粒阻尼容器，在Solidworks软件中建立阻尼容器模型。
(2) 颗粒模型的建立在实际采用颗粒阻尼技术过程中，一般施行就地取材，减少成本的策略，通常采用砂石，不规则颗粒，因此为了避免接触复杂的问题，在仿真过程中，我们通常将颗粒的形状设定为圆形，而离散元理论是根据单个球体为单元进行计算的，所以在EDEM软件中默认的物料颗粒为球形颗粒，在选择颗粒选项中里面直接添加球形颗粒，将颗粒材料定义为碳钢。
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。
汽车涡流减震器力学性能研究
汽车涡流减震器力学性能研究汽车涡流减震器是汽车减震装置的一种新型技术，它通过产生涡流来消耗机械能，从而达到减震的目的。
本文主要从力学性能角度来研究汽车涡流减震器的作用机理、影响因素以及优缺点。
一、作用机理汽车涡流减震器主要通过涡流生成装置、涡流阻尼器以及涡流能量转化装置三部分来实现减震效果。
当车辆受到冲击时，涡流生成装置会将动能转换为涡流能量，并在涡流阻尼器中通过涡流能量的相互作用来消耗机械能，从而使车辆减震。
涡流阻尼器是汽车涡流减震器的核心部件，它通过在流体中引入涡流能量的方法来吸收冲击力。
涡流阻尼器通常由一个轧耳孔管和一系列转向板组成，当液体通过轧耳孔管时，将液体压缩成高速旋转的涡流，然后在转向板中产生涡流相互作用，消耗机械能，达到减震效果。
二、影响因素1.设计参数：涡流阻尼器的设计参数会直接影响涡流的形成和涡流能量的消耗效率，其中涡流阻尼器的直径、转向板数量、孔径等参数都会对减震性能产生影响。
2.油液性能：液体的黏度、密度等性能都会影响涡流形成和相互作用的效果，因此选择合适的油液对于增强涡流减震器的减震效果很关键。
3.驾驶条件：涡流减震器的减震效果也会受到不同的驾驶条件的影响，例如路况、速度、重载等因素都会对减震效果产生影响。
三、优缺点优点：1.涡流减震器可以有效地消耗掉车辆行驶中产生的冲击能量，提高了整车的稳定性和舒适性。
2.涡流减震器可以抵消不同路况对于车辆的不同冲击能量，不需要根据不同路况另外设计减震装置。
3.涡流减震器的结构相对简单，维修起来也很方便。
缺点：1.涡流减震器在高速行驶时对于液压油的要求比较高，如果油路中存在漏油、杂质等问题会影响减震效果。
2.涡流减震器的减震效果难以精细控制，通常只能调整整个涡流减震器的参数来影响减震效果。
3.涡流减震器的成本较高，相对于传统减震器会有一定程度的成本压力。
综上所述，涡流减震器作为一种新型的汽车减震技术，具有多方面的优点，同时也需要面对其成本高、调整难度大等缺点的挑战。
避震器与阻尼
避震器与阻尼由上图可清处看出避震器对于抑制弹簧谈跳的效果。
避震器的内部就是使用高黏滞系数的流体以及小尺寸的孔径，来进行阻尼的设定。
避震器的功用从避震器这个名称看来，好像车辆的震动主要是由避震器来吸收，其实不然。
车辆在行经不平路面之震动所产生的能量主要是由弹簧来吸收，弹簧在吸收震动后还会产生反弹的震荡，这时候就利用避震器来减缓弹簧引起的震荡。
当避震器失效时，车子在行经不平路面就会因为避震器无法吸收弹簧弹跳的能量，而使车身有余波荡漾的弹跳，影响行车稳定性及舒适性。
简单的说，避震器最主要是要抑制弹簧的跳动，迅速弭平车身弹跳。
阻尼「阻尼」这个词我们可能很常听到，但是究竟何谓阻尼呢？简单的说，阻尼是作用于运动物体的一种阻力，而且阻力通常与运动速度成正比。
就拿一般人常见的门弓器来说，当你轻轻开门时，门弓器内的油压缸所产生的阻力很小，很轻松就能把门推开；但是当你用力推门时，反而会因阻力较大而不好推。
同样原理应用于汽车避震器，当弹簧受到较大的伸张或压缩力时，避震器会因阻尼效应而给予较大的抑制力。
避震器之所以会产生阻尼效应，是因避震器受力而压缩或拉伸时，内部的活塞在移动时会对液压油或高压气体加压使之通过小孔径的阀门，当液压油或高压气体通过阀门时会产生阻力，此一阻力就产生阻尼；而阀门的孔径大小和液压油的黏度都会改变阻尼的大小。
一般阻尼较大的避震器就是所谓较硬的避震器，阻尼越大则避震器越不容易被压缩或拉伸，所以车身的晃动也会越小，并增加行经不平路面时轮胎的循迹性，然而却会降低行驶时的舒适性。
可调式避震器可调式避震器可分为阻尼大小可调式避震器和弹簧位置高低可调式避震器，以及阻尼大小和弹簧位置高低都可调整的避震器。
阻尼大小可调式：在避震器的内部使用可以调整孔径大小的阀门，在将阀门的孔径变小之后，避震器的阻尼也会跟着变硬。
调整避震器的阻尼大小的方式可分为有段与无段的方式。
以电子控制方式改变阻尼大小的避震器，则是采取有段调整的方式。
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减振器阻尼对汽车大冲击性能的影响分析
作者：长安汽车股份有限公司董益亮彭旭阳
摘要：本文简要介绍了汽车大冲击性能分析评价指标和分析评价方法。
利用ADAMS软件建立了某轿车四通道平顺性分析模型，分析了减震器阻尼在不同车速下对大冲击性能的影响，提出了优化方案。
实车验证结果表明，该方法是一种有效的汽车大冲击性能分析评价方法。
关键字：冲击，乘坐舒适性，评价
1 前言
汽车在路面上行驶时，除了随机路面外，偶尔也会遇到冲击路面，如减速带、路面凸块和凹坑、铁路交叉口、路面接缝等，这类路面统称为冲击路面，其特点是冲击较大，冲击的产生间隔足够长的距离，这样在下次冲击来之前，车辆的振动已充分衰减。
来自路面的剧烈冲击，通过轮胎、悬架、车身和座椅传给人体，同时会引起悬架和车身的跳动。
大冲击舒适性是用户评价汽车乘坐舒适性的重要内容，也是汽车厂家在汽车开发过程中需要控制的重要指标之一。
在汽车开发的底盘调校阶段，一般通过减振器阻、弹簧和缓冲块来优化汽车的大冲击乘坐舒适性，其中减振器阻尼力的优化最为重要和复杂。
2 汽车冲击性能分析评价方法
2.1 冲击乘坐舒适性评价指标
当汽车遇到路面冲击时，会导致以下汽车振动响应：
1) 主振动(Primary Ride)：车体的刚体振动响应，如俯仰和侧倾，乘员有时会感受到悬架限位块的撞击。
2) 冲击(Impact)：乘员通过座椅和地板感受到的来自路面的较大冲击，以及车体上下运动速度迅速改变。
本文用地板、座椅等所关心位置的最大(绝对值)的加速度，以及车身的最大振动俯仰角和振动衰减的快慢作为大冲击振动下的客观评价指标。
2.2 大冲击仿真分析方法
目前，大冲击CAE分析方法主要有两类，一是基于平顺性轮胎模型的整车道路仿真分析方法，二是基于四通道的整车台架仿真分析方法。
第一种方法必须使用平顺性轮胎模型，常用的平顺性轮胎模型主要有ftire、swift 轮胎模型等，并配合使用冲击路面模型，冲击路面模型主要有三角形凸块路面、矩形凸块路面、锯齿形凸块路面等[1]，见图1。
图1 基于平顺性轮胎模型的整车道路仿真分析
第二种方法用四通道实验台模拟路面垂向冲击激励[4]，可以使用普通的操稳轮胎模型，如Pacjka 轮胎模型，见图2。
图2 基于四通道的整车台架仿真分析
第一种方法能够同时仿真分析大冲击引起的纵向和垂向振动响应，与比较接近实际情况，仿真结果较精确，但国内对平顺性轮胎模型研究较少，而且没有建立平顺性轮胎模型的试验条件，限制了其推广应用。
第二种方法只能仿真路面冲击引起的垂向振动响应，与实际情况有差距，但可避开使用平顺性轮胎模型，另外，操稳轮胎模型国内研究较多，也有建立操稳轮胎模型的试验条件。
由于减振器阻尼力主要影响汽车的垂向振动响应，本文使用基于四通道的仿真分析方法。
3 基于四通道的路面冲击激励仿真分析
结合公司某轿车产品开发，建立基于四通道的仿真分析模型，分别对不同载荷、不同减振器阻尼参数，分析对整车乘坐舒适性的影响。
3.1 整车虚拟样机模型的建立
整车模型由前悬架模型、后悬架模型、转向系统模型、车身简化模型、动力系统功能模型、轮胎模型、制动系统功能模型、稳定杆模型组成。
弹簧、减振器、轮胎刚度、弹性衬套和缓冲块的力学特性曲线均由试验测得。
整车模型的准确性是通过将K&C 仿真结果与已完成试验的结果对比进行校核的，通过与K&C 试验的结果数据对比，吻合度良好。
路面为三角形凸块路面。
3.2 冲击激励仿真分析和评价
利用建立的四通整车模型进行仿真分析，仿真分析工况为半载状态，车速分别为10，20，30，40，50，60km/h。
改变减振器低速段阻尼和高速段阻尼，仿真分析其对乘坐舒适性的影响，分析结果见表1 所示。
图3 是后排中间位置垂向加速度随车速变化曲线，图4 分是车身俯仰角随车速变化曲线，图5 是40km/h 时的车身俯仰角变化曲线。
图3 后排中间位置垂向加速度
图4 车身俯仰角
图5 车身俯仰角曲线表1 仿真分析结果
5 结束语
1)基于四通道的整车平顺性模型可方便地仿真分析汽车大冲击乘坐舒适性，除了分析减振器对冲击舒适性的影响外，也可同时分析轮胎刚度、缓冲块间隙和刚度、弹簧、硬点坐标等对大冲击乘坐舒适性的影响，提出优化匹配方案。
2)本文通过仿真分析提出了后减振器优化方案，经实车验证乘坐舒适性得到了提高。
3)用本文所述的方法，只能分析垂向冲击振动，没有考虑纵向冲击振动的影响，今后应加强纵向冲击激励对乘坐舒适性的影响分析，另外，可将车身柔性化，使仿真分析结果更接近实际情况。
6 参考文献
[1] Manfred Baecker, Axel Gallrein. Simulating very large tire deformation with CDTire. 2009 SAE
09M-0275
[2] 陈荫三，余强译. 汽车力学(第4 版)[M]. 北京：清华大学出版社，2009.9
[3] 国际汽车标准ISO2631-1：1997（E）
[4] Adams/Car Ride reference(end)。