閥控式可調阻尼減振器與阻尼特性探究

◎付喜

閥控式可調阻尼減振器與阻尼特性探究

◎付喜

閥控式可調減振器是汽車懸掛系統重要組成部分，對閥控式可調阻尼減震器的結構原理進行了闡述，指出影響減振器阻尼力的因素，對不同檔位下阻尼力進行了仿真。

減振器是汽車懸掛系統中不可或缺的部分，能有效的化解從地面傳導過來的路面的顛簸，確保汽車行駛過程中的安全、可靠與舒適。閥控式可調阻尼減振器的減振檔位是可調的，在汽車駕駛員駕駛的過程中可以根據路面的狀況來切換減振檔位，由于路面情況復雜多變因而這種行駛的減振器具有非常好的市場前景，對于閥控式可調阻尼減振器的研究具有非常現實的意義。

通過Pro/Engineer可以較好的展示可調式阻尼減振器的結構，其結構與雙桶充氣式液壓減振裝置類似，與之不同之處在于，在其儲油桶的外部增加了一套閥控可調節的阻尼減振器，在阻尼調節閥中的單向板閥和單向節流閥的作用下實現減振檔位的調節。閥控可調式阻尼減振器的組成包括活塞桿、導向密封、主筒、活塞總成、底閥總成、儲油筒、浮動活塞、安裝支座和阻尼調節閥總成等部分。

在閥控可調式阻尼減振器起作用的過程中，可以控制電磁板閥處于不同的組合開關狀態，由于每個開關都可以有兩種狀態因而這兩種開關總共有4中狀態，形成四種不同的過油通道。這4種不同的組合所形成的減振能力是不同的，可以根據不同的路面的情況來選擇不同的組合形式以獲得安全、良好的駕駛感受。

閥門形變對阻尼的影響

如果減振器中的減震桿運動時速度較快的話，彈性閥片會在油壓的作用下產生形變進而發生漏油的情況，通過閥口端面的過流信息，會產生一定程度的阻力。在這種情況下油會在圓環槽內運動。如果運動速度過快則很可能會溢出。

假設圓環的外徑和內徑分別為r1、r2，流經圓環縫隙的前后所形成的壓力分別為p1、P2，那么可以計算得到圓環縫隙的寬度。如果液體的流量保持不變，那么閥口的縫隙數值與所形成的壓力是成反比的關系。縫隙大則形成的壓力差下；而縫隙小則形成的壓力差大。因而可以知道，在減振器工作的過程中，如果在其他參數不變的情況下，閥門開口大的話，閥口兩端的壓差就小，那么減振阻尼力就越小；而如果閥口開值較小，那么閥口兩端的壓差就會越大，那么減振阻尼力就會相應的增大。

閥門形變量影響因素

本研究與閥控可調式阻尼減振器為例，對彈性閥片彎曲形變的影響因素進行了分析。一般將閥口半徑處的形變量稱為閥口開值。通過對彈性閥片的微分方程的解析可以發現，法開口值受到擋環半徑、閥片半徑、閥口半徑以及閥片厚度的影響。在分析的過程中油液壓力、彈性模量以及泊松比保持不變。

擋環半徑。擋環半徑處用于對彈性閥片進行約束，該半徑會對彈性形變的計算產生影響，對閥口的開口值產生影響。擋環半徑變化的過程中彈性閥片的參數分別是：閥片半徑為14mm，閥口半徑是13mm，閥片厚度是0.3mm。閥開口值和擋環半徑之間的關系也非常密切。當閥開口值和擋環半徑分別是（7mm，4mm），（5mm，4.8mm）（4mm,5.4mm），（3mm,5.8mm），（2mm，6.5mm）。從這組數據可以看出，隨著擋環半徑的增加閥開口值會不斷的減小。如果擋環半徑接近閥片半徑，會導致可形變區域減小，開口值減小所帶來的影響就是減振器工作過程中的阻尼變大。

閥片半徑。流通和補償閥口在閥片安裝的過程中會被完全遮蔽，但是不會完全覆蓋復原閥孔和壓縮閥孔，會留出一定的縫隙稱為長通的節流孔。另外閥片的半徑要小于筒內閥體的半徑。通過前面的分析可知，閥片半徑處屬于形變過程中的自由約束端，該數值會對彈性形變的計算產生影響，因而會對閥的開口值產生影響。閥片半徑變化時期的彈性參數為：擋環半徑為8mm，閥口半徑為13mm，閥片厚度為0.3mm。閥片半徑和閥開口值之間的關系閥開口值隨著閥片半徑的增大而增大。很明顯，隨著閥片半徑的增大，閥開口值也在發生著變化。閥片半徑與擋環半徑二者的差距越大，那么閥片的可形變區域就越大，進而閥開口也會越大，減振器的工作過程中的阻尼就會相應的減小。

閥口半徑。由于擋環半徑和閥片半徑之間都屬于可形變區域。通過長城系數的表達分析，該數值主要與閥口半徑有關。假設閥口半徑變化過程中的彈性閥的系數為擋環半徑為8mm，閥片半徑為14mm，閥片厚度為0.3mm。那么閥口半徑和閥開口值之間的關系是一個正向區間的單調增長函數，隨著閥口半徑的增大，閥開口值呈現出單調增長的趨勢。由此可以來指導活塞體和底閥上部閥門的位置設計。如果閥口的位置與擋環半徑處很近，那么相應的閥開口值就越小，在這種情況下減振器工程過程中的阻尼就大；如果閥口靠近閥片半徑處，那么閥開口值就會越小，使得減振器在工程的過程中阻尼減小。

閥門厚度。在減振器中使用的彈性閥片的厚度一般較小，這種較小的厚度可以實現對路面狀況的快速響應。假設閥片厚度在變化的過程中彈性閥片的參數是 ：擋環半徑為8mm，閥片半徑為14mm，閥口半徑為13mm。閥片厚度與閥開口值之間的關系是單調遞減函數關系。隨著閥片厚度的增加，閥開口值會不斷的減小，減振器在工作過程中所產生的阻尼就會逐漸增大。

閥控式可調阻尼減振器數學模型與仿真分析

對閥控可調阻尼減振器利用matlabsimulink進行了仿真分析，將位移作為輸入參數，將阻尼力作為輸出參數，通過Simulink構建的系統仿真模型。編寫M文件設置減振器的相關參數，然后設置輸入信號的頻率和幅值，然后進行仿真，通過示波器可以查看阻尼力曲線。

在減振1檔位下，將活塞桿的行程設置為37.5mm，然后改變輸入信號的頻率，得到活塞桿相應的最大運動速度0.052m/s、0.131m/s、0.262m/s 和 0.524m/s，然后進行仿真。接著分別對2、3、4檔位進行仿真，得到對應的仿真數據。

通過仿真數據可知，如果減振器的行程不變，在相同的檔位下活塞桿的運動的速度越快，那么復原阻尼力和壓縮阻尼力越大，且速度越快減振器所做功越多。

通過對閥控是可調減振器的阻尼特性的分析可知，擋環半徑、閥片半徑、閥口半徑以及閥片的厚度均會對減振器的阻尼力產生影響，在減振器行程不變的情況下，活塞桿的運動速度越快，減振器在工作過程中的阻尼力也會越大。

（作者單位：湖南科技學院理學院）

2014年度湖南省永州市市本級科技計劃項目（永財企指[2014]33號No.30）1-11-23-500