文档介绍：汽车减震器原理并建立其数学模型及汽车悬架系统
汽车减震器原理
由于悬架系统中的弹性元件受冲击产生震动,为改善汽车行驶平顺性,悬架中与弹性元件并联安装减震器。
为衰减震动,汽车悬架系统中采用减震器多是液力减震器,其工作原理是当车架和车桥间震动而出现相对运动时,减震器内的活塞上下移动,减震器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对震动形成阻尼力,使汽车震动能量转化为油液热能,再由减震器吸收散发到大气中。在油液通道截面和等因素不变时,阻尼力随车架与车桥之间的相对运动速度增减,并与油液粘度有关。
汽车减震器示意图
活塞杆;2. 工作缸筒;3. 活塞;
4. 伸张阀;5. 储油缸筒; 6. 压缩阀;
7. 补偿阀;8. 流通阀;9. 导向座;
10. 防尘罩;11. 油封
双向作用筒式减振器示意图
液压减振器数学模型的基本原则
(1)模型可以全面描述减振器的阻尼特性。
(2)数学表达式应该清晰、简洁、易用。
(3)选用的参数应该具有明显的物理意义。参数应该描述典型物理量的特性,如第一阻尼系数,泄载点和第二阻尼系数。
(4)可以方便的根据试验结果确定参数。
(5)能够准确描述阻尼特性曲线的形状和阀的配置之间的关系。
(6)能够精确计算分析减振器的阻尼性能与车辆系统能量消耗的关系,可以定量分析极端条件下减振器是否能够疏散足够的热量。
(7)应有助于深入的理解和分析减振器的内部运动过程和外部工作性能。
(8)可以满足减振器设计,减振器特性分析和车辆系统动力学研究的要求
不同应用场合下减振器的稳态特性
减震器数学模型
液压减振器的数学模型描述
建立如下公式描述减振器的行为:
(1)
(2)
式中,Y(x):阻尼力或压降 X:活塞速度或者液压油流量 B:第一阻尼系数 C:形状因子 D:泄载点 E:曲率因子
G:第二阻尼因子 H:后继阻尼因子 K:灵敏度因子
eps:孔径因子
由式(1)和(2)表示的液压减振器模型含有七个参数,其中阻尼系数B的量纲为s/m,泄载点D的量纲为N,其余五个参数为无量纲因子。
用图2所示的典型减振器特性来说明减振器数学模型中所含参数的物理含义。为了更好理解使用的公式,将减振特性转换为压力差和液压油流量之间的关系。通过将减振力除以活塞面积,将活塞速度乘以活塞面积可以实现这一转换,如图3所示。
图2数学模型中参数的物理意义
对于适用的减振器类型,D表示减振特性中的泄载点。在这一点阻尼特性将发生改变,从而将第一阻尼率和第二阻尼率区别开来。乘积BCD表示低活塞速度下的阻尼率,这是阻尼特性中的一个重要特征。参数C为所用到正弦函数的限度。阻尼特性的导数总是正值。因此参数C的值是固定的,小于或等于1。由于C由泄载点D决定,因此参数B控制泄载点前的阻尼率。
图3阻尼特性的定义
曲率因子E可以在不影响阻尼率和泄载点的情况下实现曲线局部额外的伸长或压缩。这一性质使得修改减振特性的误差成为可能。
图4减振特性中的相继第二率系数
因子G定义了从泄载点开始的曲线斜率,阻尼率和泄载点不受影响。这一系数可以描述阀开启后的行为,当活塞速度高于泄压速度时,它对限制减振力是很重要
图5曲线因子E对阻尼器外特性的影响