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1、摘要摘 要悬架系统是连接车身、车架和车轮之间的一个系统，其主要作用是传递作用在车身和车轮之间的力和，并缓冲由于路面不平传给车架或车身的冲击，衰减由冲击引起的振动，以保证车辆能够平顺地行驶，保证车轮具有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性。传统悬架系统的减振器，其阻尼特性通常是固定不变的。它不能使操纵稳定性和乘坐舒适性都得到优化，只能在二者之中寻求折中方案，或偏重于其中一种方案。现代汽车对悬架系统的减振器有着更高的要求，希望减振器的阻尼能够根据汽车具体的行驶状况来进行动态调节，使汽车的操纵稳定性和乘坐舒适性都能达到令人满意的状态。本次研究课题是关于可变阻尼汽车悬架减振器结构的设计，研究变阻尼执行
2、元件及减振器的设计原理及功能特点，并进行相应的设计计算。学习三维制图软件，建立三维模型并进行模拟装配和运动仿真。关键词悬架、可变阻尼汽车悬架、减振器、乘坐舒适性、操纵稳定性I AbstractThe Suspension System is a kind of system which connects the automobile body, frame and wheels. Its function is to transmit force and torque act on the wheels and frame, to buffer the body or frames impul
3、sive force from rough roads, and to reduce the shake caused by it. Making sure of that the car moves smoothly and steadily, the wheels have an ideal acceleration characteristic.Generally speaking, the traditional shock absorbers damping characteristics are unchangeable. However, it cant optimize bot
4、h riding comfort and handing stability, it can only find a middle ground between the two sides, or emphasize one of them. The modern automobiles order more and higher requests on absorber of suspension system, it is hoped that the absorbers damping characteristics have an automatic adjustment accord
5、ing to the specific driving, and make both riding comfort and handing stability to be satisfying.This study is a design on shock absorbers structure of variable damping automobiles.It focuses on the design principles and functional characteristics of variable damping actuator element and absorber. B
6、esides, it also requires some design calculation. For instance, studying three-dimensional graphics soft, building three-dimensional model, making simulation assembly and motion simulation are all necessary. KeywordsSuspension System;Variable damping suspension;Shock Absorber; Riding comfort;Handing
7、 stabilityI1 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 汽车悬架的发展概述11.1.2 可变阻尼悬架的研究意义11.2 悬架系统概述21.3 本章小结5第2章 减振器基本参数设计12.1 减振器的基本总成12.2 减振器的设计流程82.3 减振器的相关要求52.3.1 技术条件122.3.2 验收规则122.3.3 其他要求122.4 本章小结5第3章 可变阻尼部件设计13.1 汽车基本结构参数23.2 可变阻尼减振器阀参数设计183.2.1 复原行程开阀阻尼力93.2.2 可调阻尼孔设计203.3 电机的选择183.4 可变阻尼减振器控制策略18
8、3.5 本章小结5结论2参考文献3致谢41第1章 绪论 第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景1.1.1 汽车悬架的发展概述科技的进步是人类永恒的追求。早在马车刚刚出现的时候，为了使乘坐者更加舒适，人类就开始对马车的悬架叶片弹簧进行不知疲倦的探索。在1776年，用于马车上的叶片弹簧取得专利。直至20世纪30年代，叶片弹簧才逐渐被螺旋弹簧代替。汽车诞生以后，相继出现了钢板弹簧、扭杆弹簧、橡胶弹簧、气体弹簧等弹性元件。1934年，世界上第一个由螺旋弹簧组成的被动悬架诞生了。被动悬架参数的选定是根据经验或优化设计的方法，在行驶过程中保持不变，所以它难以适应各种复杂路况，起到的减振效果也较差。被动
9、悬架主要应用于中低档轿车，现代轿车的前悬架一般采用带有横向稳定杆的麦弗逊式悬架，比如夏利、赛欧、桑塔纳等车，后悬架主要有多连杆悬架和复合式纵摆臂悬架等。 随着道路和交通的不断发展以及汽车车速的提高，被动悬架的缺点成了限制提高汽车性能的瓶颈。1954年，美国的通用汽车公司在悬架设计时率先提出了主动悬架的概念，即在被动悬架的基础上，增加了可调刚度和阻尼的控制装置。控制装置一般由测量系统、反馈控制系统、能源系统组成，使汽车能够在任何路面上保持最佳的行驶状态。半主动悬架的研究开始于1973年，是由D.A.Crosby和搭档首先提出的，直到现在仍具有很好的发展前景。20世纪80年代，世界各大著名的汽车公
10、司和生产厂家竞相研制开发这种悬架，丰田、奔驰、洛特斯、沃尔沃等公司均在汽车上进行了较为成功的试验。装备可变阻尼悬架的汽车，行驶过程中车身平稳，轮胎的噪音也很小，但它能耗高、结构复杂、成本昂贵、可靠性也存在着一定的问题。由于许多原因，我国汽车在半主动和主动悬架的研究方面起步较晚，与国外的差距很大，绝大部分汽车依然采用被动悬架。在发达国家，半主动悬架在80年代后期趋于成熟。福特公司和日产公司首先将其应用于轿车，取得了不错的效果。主动悬架由于控制复杂，至上世纪90年代，仍仅应用于大排量的豪华汽车。1.1.2 可变阻尼悬架的研究意义如今，汽车悬架系统已进入到电子控制的新时代。汽车悬架系统发展未来的方向
11、是运用较优的控制方法，达到高性能的减振效果，同时应使能耗尽可能的低。在电子控制的悬架系统中，最常用的就是变阻尼悬架系统。它能够根据汽车的行驶状况、驾驶员选择的运行模式进行控制，调节减振器的阻尼大小，使悬架随不同的道路状况和行驶状态作出不同的反应，既能使汽车的操纵稳定性达到令人满意的状态，又能使汽车的乘坐舒适性达到最佳状态。另外，可变减振器阻尼的悬架系统又有质量轻、所占空间较少的优点。汽车悬架系统大多是由传感器拾取车身的绝对速度、车身对车轮的相对速度、车身的加速度等信号，经电子控制器处理并发出指令进行控制，由电液控制阀或电动机等执行机构调节减振器的阻尼系数或控制力。由于悬架系统是很复杂的非线性动
12、力系统，因此基于模型的线性反馈控制是不适用的。利用现代控制理论保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性的研究正在日益完善，随着汽车工程技术的进步，决定乘坐舒适性和操纵稳定性的汽车悬架技术得到了业内的广泛重视和深入研究，在汽车工业领域中它已成为悬架技术发展的重要趋势。采用新型电控技术，研究和开发一系列控制有效、能耗低、造价合理的汽车悬架系统具有较高的经济效益和社会效益。1.2 悬架系统概述汽车悬架是车架(或车身)与车轴(或车轮)之间的弹性联结装置的统称。它的作用是弹性地连接车桥和车架(或车身)，缓和行驶中车辆受到的冲击力，保证货物的完好和人员的舒适，衰减由于弹性系统引进的振动，使汽车在行驶中保持稳定的姿势
13、，改善操纵稳定性，同时悬架系统承担着传递垂直反力(支撑力)、纵向反力(驱动力和制动力)和侧向反力以及这些力所造成的力矩作用到车架(或承载式车身)上，以保证汽车的平顺行驶。当车轮相对车架跳动时，特别是在转向时，车轮的运动轨迹要符合一定的要求，因此悬架还起到使车轮按一定轨迹相对车身跳动的导向作用。图1-1 悬架结构图汽车悬架可以分为非独立悬架(图1-2a)与独立悬架(图1-2b)两大类。图1-2 悬架的结构形式简图独立悬架的结构可分有烛式悬架、麦弗逊式悬架、连杆式悬架等多种，其中烛式和麦弗逊式形状相似，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
14、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。特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，这点与烛式悬架正好相反。这种悬架构造简单，布置紧凑，前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。所以，目前轿车使用最多的独立悬架是麦弗逊式悬架(图1-3)。图1-3 麦弗逊式独立悬架如果悬架系统的刚度和阻尼特性能根据汽车的行驶条件(车辆的运动状态和路面状况等)进行动态自适应调节，使悬架系统始终处于最佳减振状态，则称为主动悬架。主动悬架系统按其是否包含动力源，可
15、分为全主动悬架(有源主动悬架)和半主动悬架(无源主动悬架)系统两大类。全主动悬架就是根据汽车的运动和路面状况，适时地调节悬架的刚度和阻尼，使其处于最佳减振状态。它是在被动悬架系统(弹性元件、减振器、导向机构)中附加一个可控制作用力装置。它通常由执行机构、测量系统、反馈控制系统和能源系统四部分组成。执行机构的作用是执行控制系统的指令，一般为力发生器或转矩发生器；测量系统用来测量系统各状态，为控制系统提供依据，包括各种传感器；控制系统的作用是处理数据和发出各种控制指令，其核心部件是电子计算机；能源系统的作用是为各部分提供能量。半主动悬架不考虑改变悬架的刚度，而只考虑改变悬架的阻尼，因此它是由无动力
16、源且只有可控的阻尼元件组成的。由于半主动悬架结构简单，工作时几乎不消耗车辆动力，而且还能获得与全主动悬架相近的性能，故有较好的应用前景。半主动悬架按阻尼级有可以分成有级式和无级式两种。有级式半主动悬架：它是将悬架系统中的阻尼分为两级、三级或更多级，可由驾驶员选择或根据传感器信号自动进行选择悬架所需要的阻尼级。也就是说，可以根据路面条件(好路或坏路)和汽车的行驶状态(转弯或制动)等来调节悬架的阻尼级，使悬架适应外界环境的变化，从而可以较大幅度地提高汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。半主动悬架中的三级阻尼可调减振器的旁路控制阀是由调节电动机来带动阀芯转动，使控制阀孔具有关闭、小开和大开3个位置，产生3
17、个阻尼值。该减振器应用于OPEL SENTOR和OPELGA轿车上。无级式半主动悬架：它是根据汽车行驶的路面条件和行驶状态，对悬架系统的阻尼在几毫秒内有最小变到最大进行无级调节。无级半主动微处理器从速度、位移、加速度等传感器处接受到信号，计算机出系统相适应的阻尼值，并发出控制指令给步进电动机，经阀杆调节阀门，使其改变节流孔的通道节面积，从而改变系统的阻尼。该系统虽然不必外加能源装置，但所需传感器较多，故成本仍较高。现代汽车正朝着安全、智能化和清洁化的方向发展，悬架系统智能化解决了传统被动悬架存在的舒适性和稳定性不能兼顾的问题并能适应变化的行驶工况和任意道路激励，代表了悬架系统发展的方向。主动悬
18、架能获得一个优质的隔振系统实现理想悬架的控制目标，但能量消耗大，成本高，结构复杂，其中能量,成本和可靠性是限制主动悬架发展的瓶颈。半主动悬架通过改变减振器的阻尼特性适应不同的路面和行驶状况的需要，改善乘坐舒适性和操纵稳定性。由于半主动悬架在控制品质上接近于主动悬架且结构简单，无需力源，能耗小，因而是近期最能走向市场被推广应用的新兴技术。半主动悬架系统除了少量的开启电液阀的能量以外，几乎不需要外加能源，研究表明，只要恰当选择控制逻辑，半主动阻尼器可以达到像主动减振器一样的减振效果。通常，半主动悬架是指悬架弹性元件的刚度和减振器的阻尼系数之一可以根据需要进行调节的悬架。目前，半主动悬架研究主要集中
19、在调节减振器的阻尼系数方面，即将阻尼可调减振器作为执行机构，通过传感器检测到汽车行驶状况和道路条件的变化以及车身的加速度，由ECU根据控制策略发出脉冲控制信号实现对减振器阻尼系数的有级可调和无级可调。有级可调减振器阻尼在三档之间快速切换，切换时间通常为几毫秒，有级可调减振器实际上是在减振器结构中采用较为简单的控制阀使通流面积在最大、中等或最小之间进行有级调节。有级可调减振器通过减振器顶部的电机控制旋转阀的旋转位置使减振器的阻尼在软/中/硬三档之间变化，有级可调减振器的结构及其控制系统相对简单，但在适应汽车行驶工况和道路条件的变化方面有一定的局限性，有级可调减振器的设计关键是发展先进的阀技术，增
20、加阻尼变化的档数缩短切换时间从而使复杂的控制策略应用成为可能，以进一步提高悬架的控制品质。无级可调减振器的阻尼调节可采取以下几种方法：节流孔径调节：通过步进电机驱动减振器的阀杆连续调节减振器的通流面积，来改变阻尼节流阀或其他形式的驱动阀来实现。这类减振器的主要问题是节流阀结构复杂，制造成本高。减振液黏性调节：使用黏性连续可控的新型的功能材料电流变或磁流变液体作为减振液，从而实现阻尼无级变化，电流变液体在外加电场作用下，其流变材料性能(如剪切强度，表观黏度等)会发生显著的变化，将这种电流装入减振器并在内外筒之间加上电场通过改变电场强度使电流液体的黏度改变，从而改变减振器的阻尼力。由于电流变减振器
21、的阻尼可随电场强度的改变而连续变化，这无疑是一个较好的选择。但电流变液体存在较多问题，其电致屈服强度小，温度工作范围不宽，零电场黏度偏高，悬浮液中固体颗粒与基础液体之间比重相差较大、容易分离，沉降稳定性差，对杂质敏感等难以适应电流变减振器长期稳定工作的需要。要使电流变减振器响应迅速、工作可靠，必须解决以下几个问题：设计一个体积小、重量轻，能任意调节的高压电源；为保证电流变液体的正常工作温度必须设计一个散热系统；充装电流变液体时，要保证无污染；性能优良的电流变液体；高压电源的绝缘与封装。电流变减振器在国外已有一些产品问世。如德国的商业电流变液与电流变减振器及美国的相关产品等。磁流变液体是指在外加
22、磁场的作用下，流变材料性能发生急剧变化的流体，将磁流变液体装入磁流变减振器通过控制磁场强度可实现磁流变减振器阻尼的连续、无级可调。磁流变减振器具有电流变减振器同样的特点，响应比电流变减振器要慢，主要是磁流变液体的磁化和退磁需要时间。磁流变减振器通常采用活塞缸结构，磁流变液的通路有位于活塞上的阻尼孔或单独的旁路构成。在磁流变液的通路上施加磁场，按结构可分为单出杆活塞结构和双出杆活塞结构。目前成功开发的电流变液体与磁流变液体的特性，从材料特性上看它们都能满足汽车工作要求，但在屈服应力、温度范围、塑性黏度和稳定性等性能方面，磁流边液体强于电流变液体，这也是选用磁流变液体作为半主动悬架系统减振器的减振
23、液的主要因素。其最主要的问题是实现电源以及降低减振器内液体紊流产生的噪声十分困难。1.3 本章小结本章纵观全览了汽车悬架从诞生到现在的发展历程，介绍了一些常见的悬架类型及相应的工作原理。本章的最后，展望了汽车悬架的未来发展方向以及可变阻尼悬架的重要意义。7 第2章 减振器基本参数设计 第2章 减振器基本参数设计2.1 减振器的基本总成减振器是产生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰减汽车的振动，改善汽车的行驶平顺性，增强车轮和地面的附着力。另外，减振器能够降低车身部分的动载荷，延长汽车的使用寿命。目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器，其结构可分为双筒式，单筒充气式和双筒充气式三种。导向
24、机构的作用是传递力和力矩，同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中，能够控制车轮的运动轨迹。汽车悬架系统中弹性元件的作用是使车辆在行驶时由于不平路面产生的振动得到缓冲，减少车身的加速度从而减少有关零件的动负荷和动应力。如果只有弹性元件，则汽车在受到一次冲击后振动会持续下去。但汽车是在连续不平的路面上行驶的，由于连续不平产生的连续冲击必然使汽车振动加剧，甚至发生共振，反而使车身的动负荷增加。所以悬架中的阻尼必须与弹性元件特性相匹配。减振器总成一般由：防尘罩、工作缸筒、活塞杆、油封、导向座、阀系、储油缸筒、吊环等构成(图2-1)。图2-1 减振器基本总成减振器使用要求：(1) 在悬架压缩行程内，减振
25、器阻尼应较小；(2) 在悬架伸张行程内，减振器阻尼应较大；(3) 当车桥(或车轮)与车架(或车身)的相对速度过大时，减振器阻尼力应保持在一定的限度之内。2.2 减振器的设计流程图2-2 减振器设计流程减振器内油液经过节流阀产生的阻尼力为节流阀两侧压力差与承压面积的乘积，压力为： (2-1)式中 油液密度()； 通过阀的流量()； 节流孔面积()； 流量系数； 节流孔形状和油液粘度有关的系数。减振器装车后的基本参数，一般用相对阻尼系数表示，相对阻尼系数为： (2-2)式中 相对阻尼系数； 减振器阻尼系数(阻尼特性的导数)； 悬架刚度，； 簧上质量，。当相对阻尼系数时，产生非周期域运动，很大时虽然
26、能在共振区很快衰减振动，但在非共振区内激振增大。当时，产生周期运动，很小时振动衰减很慢，共振振幅过大。一般相对阻尼系数值在0.30.5范围内，对于无阻尼的弹性元件去上限，弹性元件和悬架导向机构中存在阻尼时取下限。为迅速衰减汽车振动又不把大的路面冲击传递到车身上，一般把减振器拉伸和压缩阻力按8:26:4的比例分配。选择减振器阻尼力系数时，应考虑悬架导向杆的杠杆比和减振器的安装角度的影响，减震器阻尼力系数应为：(2-3)式中 杠杆比()； 减振器轴线与垂直线的夹角； 簧上质量固有频率。选择减振器尺寸时主要考虑一下两点：在工作速度范围内油液压力适当，能够得到稳定的阻力值，容易保证油封的可靠性；减振器
27、具有足够的散热面积，防止因温度过高引起阻力衰减或减振器早期失效。2.2.1 工作缸径的确定可根据减振器最大拉伸阻力和最大允许压力近似求出工作缸径。 (2-4)式中 工作缸径()； 工作缸允许最大压力()。一般为34； 减振器最大拉伸阻力()； 减振器杆直径与工作缸之比，双筒减振器为0.40.5，单筒减振器为0.30.35。求出缸径后，参照JB1459标准，选择合适的标准工作缸径。减振器储油缸直径，工作缸与储油缸壁厚一般取1.52.0。2.2.2 减振器行程的选择减振器总行程由上行程，下行程两部分组成，即：上行程：为汽车满载时减振器两吊耳处中心距。应略大于悬架系统满载上行程(假设缓冲块脱落)。下
28、行程：由于减振器可承受一部分反跳拉力，所以只要略大于弹簧的静挠度。、选择不当必然使减振器工作不正常，因而产生拉脱压毁、撞坏或安装支架断裂等现象。本次设计减振器基本尺寸均根据QC-T 491-1999 汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件查得。 表2-1 标准工作缸直径表 ()工作缸直径203040(45)5065表2-2 工作缸直径与力关系表工作缸直径/复原阻力/压缩阻力/20200-1200不大于600301000-2800不大于1000401600-4500400-1800(45)2500-5500600-2000504000-7000700-2800655000-100001000-3600
29、额定阻力的允差值，按下式计算：复原阻力的允差值为压缩阻力的允差值为，、为额定复原阻力和额定压缩阻力。根据计算后确定出工作缸直径为30。表2-3 工作缸与活塞杆关系表 () 活塞杆工作缸1820222525A27AA30A32A36AA由此确定活塞杆直径为20。表2-4 工作缸直径与基长外径关系表 ()工作缸直径基长贮液筒最大外径防尘罩最大外径20907080344030120861034856401601201406575(45)70805019012015580906521013017090102本次设计选择的连接件的型式为(直吊环)型，根据工作缸直径大小，相继可以确定出基长、贮液筒外径、防
30、尘罩外径。减振器活塞行程也可根据工作缸直径由QC-T 491-1999 汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件查得。确定的部分尺寸数据如下：缸筒直径：30；活塞杆直径：20；活塞孔直径：24；活塞缝隙：0.04；最小活塞缝隙：0.025；最大活塞缝隙：0.081；缝隙长度：92.3 减振器的相关要求2.3.1 技术条件减振器应符合本标准要求，并按照规定程序批准的图样和技术文件制造。每个减振器必须作示功试验，并根据记录的示功图检验。示功试验规范：按QC/T 545-1999汽车筒式减振器台架试验方法的规定。示功图应丰满、圆滑，不得有空程、畸形等。减振器在示功试验中，不得有漏油和明显的噪声等异常现象。复
31、原阻力和压缩阻力应符合图表规定，复原阻力和压缩阻力的允差值应符合相关规定。有下列情况之一者应按QC/T 545的规定作速度特性试验，温度衰减试验，和耐久性试验。试件不少于3件。新产品试制(包括老产品转产)。产品设计和工艺有重大变动，影响到减振器的性能。大量或成批生产产品的定期抽验。速度特性试验规范：按QC/T 545的规定。具体要求：由用户和制造厂双方共同协商确定。耐久性试验规范：按QC/T 545规定。经耐久性试验后，复原阻力与压缩阻力的允许变化率：复原阻力允许变化率为，为额定复原阻力；压缩阻力的允许变化率为，为额定压缩阻力。示功图仍应保持正常，零件不得损坏。减振器应定期按QC/T 546-
32、1999R汽车筒式减振器清洁度限值及测定方13 第3章 可变阻尼部件设计 法的规定作清洁度测定。减振器外观减振器外表(除连杆外)漆以TQ 6按QC/T 484-1999汽车油漆涂层的规定。2.3.2 验收规则每个减振器应附有证明产品质量合格的文件。用有权对收到的减振器进行抽查。外观目视检查应符合相关的规定。型式与尺寸应符合相关的规定，每批交货抽3%检查。但不得少于3件。阻力：每批交货抽3%检查，但不得少于3件。在任何一次检查结果不符合标准时，取双倍数量减振器复查，复查结果即使有一个减振器不合格，则该批减振器不予验收。2.3.3 其他要求标志：每个减振器上应有制造厂商标，并标明减振器的型号、规格
33、。包装：减振器的包装应能保证在正常运输情况不下致损坏，每箱毛重不超过50kg，配套产品可采用集装箱。每箱上应清晰标明制造厂厂名，出厂年月产品名称与型号规格，每箱数量。保管：减振器在防潮，防热的保管条件下，自出厂之日起6个月内减振器如有锈蚀、漏油，应由制造厂负责。2.4 本章小结本章主要分析了一般液压筒式减振器的结构总成。在设计的过程中，参照QC-T 491-1999 汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件，根据本章所述的步骤和方法，遵循相关的规则要求，依次确定出减振器的基本尺寸。 第3章 可变阻尼部件设计3.1 汽车基本结构参数 本次设计所选用的轿车单轮簧下质量为=35；簧上质量为=350；质量比为
34、=10；悬架的刚度比为=9；车身固有频率=1.3；平安比=1.5；减振器安装角为；复原行程开阀速度=0.3；最大开阀速度=1.0；悬架系统优化阻尼比为=0.25；基于舒适性的最佳阻尼比为=0.1748；基于安全性的最佳阻尼比为=0.4136。3.2 可变阻尼减振器阀参数设计可变阻尼减振器阀是由伺服电机带动的转阀，阀上切有矩形孔，工作时在空心活塞杆内部旋转；活塞杆上也有孔，通过控制两者之间的转角实现可变阻尼孔面积的改变，其原理如图(3-1)所示。图3-1 可变阻尼阀原理示意图3.2.1 复原行程开阀阻尼力根据车辆悬架设计阻尼比构造减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数。 (3-1) 式中 为簧上质
35、量； 为悬架刚度； 为减振器安装杠杆比； 为减振器安装角。 将数据代入式(3-1)，求得。根据复原行程开阀阻尼系数及开阀速度计算开阀阻尼力为 (3-2)3.2.2 可调阻尼孔设计虚拟可调阻尼孔面积设计 复原阀初次开阀前的油路分为三条，一条经过活塞缝隙；一条穿过可调节流孔，再经过活塞杆孔；最后一条经过活塞孔和常通节流孔。当时，油液流经复原阀常通节流孔、活塞孔、活塞缝隙、可调阻尼节流孔及活塞杆孔产生复原节流阻尼力。根据减振器阀系参数黄金分割优化设计方法，可得常通节流孔面积的黄金分割设计速度点时，减振器所需要的阻尼力为 (3-3) 为减振器开阀前的阻尼系数。代入式(3-3)数据求得，。此时活塞缝隙的
36、节流压力为 (3-4)式中 活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积()，一般情况下通过如 下公式计算：； 为缸内径； 为活塞杆直径。 代入式(3-4)数据求得，。根据活塞缝隙流量和压力之间的关系可知，活塞缝隙流量为 (3-5)式中 为活塞缝隙长度； 活塞平均间隙； 偏心率； 油液动力粘度。 本设计中减振器所用的液压油为32号液压油，在的动力粘度为。求得。由于活塞孔和常通节流孔串联，然后再与活塞缝隙并联，故可知活塞孔流量等于常通节流孔流量；活塞缝隙压力等于活塞孔压力与常通节流孔压力之和，即 (3-6) (3-7)活塞孔的压力为 (3-8)式中 活塞孔个数； 活塞孔直径； 活塞孔等效长度。常通节流孔的流量
37、为 (3-9)式中 常通节流孔面积； 常通节流孔口流量系数。把式(3-6)、式(3-8)和式(3-9)代入式(3-7)，整理可得 (3-10)令，则式(3-10)变为 (3-11)由式(3-11)求得活塞孔流量为 (3-12)求得可调阻尼孔与活塞杆孔串联，故开阀前流经可调阻尼孔的流量等于活塞杆孔流量，可调阻尼孔的压力为活塞缝隙压力与活塞杆孔压力之差，即 (3-13) (3-14)又根据油液连续性定理，可知 (3-15)根据式(3-13)和(3-15)，可求得活塞杆孔流量，则活塞杆孔的压力为 (3-16)代入数据求得，根据式(3-15)求得可调阻尼孔的流量，根据式(3-14)求得可调阻尼孔的压力
38、为，则可变阻尼减振器虚拟可调阻尼孔面积为 (3-17)式中，为可调阻尼孔的流量系数。求得可调阻尼孔最大面积设计 按照复原阀开阀前的油路，利用虚拟可调阻尼孔面积的设计方法，根据舒适性最佳阻尼比进行设计。根据车辆悬架舒适性最佳阻尼比构造减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数。代入式(3-1)数据求得。根据复原行程开阀阻尼系数及开阀速度，代入式(3-2)计算开阀阻尼力。当时，油液流经复原阀常通节流孔、活塞孔、活塞缝隙、可调阻尼节流孔及活塞杆孔产生复原节流阻尼力。根据减振器阀系参数黄金分割优化设计方法，可得常通节流孔面积的黄金分割设计速度点时，代入式(3-3)数据求得减振器所需要的阻尼力为。代入式(3-
39、4)数据求得活塞缝隙的节流压力为。本设计中减振器所用的液压油为32号液压油，在的动力粘度为。由于活塞孔和常通节流孔串联，然后再与活塞缝隙并联，故可知活塞孔流量等于常通节流孔流量；活塞缝隙压力等于活塞孔压力与常通节流孔压力之和。根据式(3-5)式(3-11)求得活塞孔流量。 可调阻尼孔与活塞杆孔串联，故开阀前流经可调阻尼孔的流量等于活塞杆孔流量，可调阻尼孔的压力为活塞缝隙压力与活塞杆孔压力之差，根据式(3-13)和(3-15)，可求得活塞杆孔流量和活塞杆孔的压力。根据式(3-15)求得可调阻尼孔的流量，根据式求得可调阻尼孔的压力为，则可变阻尼减振器可调阻尼孔最大孔面积由式(3-17)求得为。可调
40、阻尼孔最小面积设计 按照复原阀开阀前的油路，利用虚拟可调阻尼孔面积的设计方法，根据安全性最佳阻尼比进行设计，可得可调阻尼减振器的最小可调阻尼孔面积。根据车辆悬架舒适性最佳阻尼比构造减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数。代入式(3-1)数据求得。 根据复原行程开阀阻尼系数及开阀速度，利用式(3-2)计算可得开阀阻尼力。当时，油液流经复原阀常通节流孔、活塞孔、活塞缝隙、可调阻尼节流孔及活塞杆孔产生复原节流阻尼力。根据减振器阀系参数黄金分割优化设计方法，可得常通节流孔面积的黄金分割设计速度点时，减振器所需要的阻尼力由式(3-3)求得为。此时活塞缝隙的节流压力由式(3-4)可得。根据活塞缝隙流量和压力
41、之间的关系可知，活塞缝隙流量可由式(3-5)计算得出。本设计中减振器所用的液压油为32号液压油，在的动力粘度为。由于活塞孔和常通节流孔串联，然后再与活塞缝隙并联，故可知活塞孔流量等于常通节流孔流量；活塞缝隙压力等于活塞孔压力与常通节流孔压力之和。可调阻尼孔与活塞杆孔串联，故开阀前流经可调阻尼孔的流量等于活塞杆孔流量，可调阻尼孔的压力为活塞缝隙压力与活塞杆孔压力之差，根据式(3-13)和(3-15)，可求得活塞杆孔流量。根据式(3-15)求得可调阻尼孔的流量，根据式求得可调阻尼孔的压力为，则可变阻尼减振器可调阻尼孔最小面积可由式(3-17)求得。得到了可变阻尼孔面积的变化范围为1.0124.15
42、6，确定设计的可变阻尼机构阻尼孔的面积变化范围：010，如图(3-1)所示。 a） b） 图3-2 可变阻尼阀结构示意图3.3 电机的选择可控减振器驱动方式有转阀方式、旁路阀方式、压电驱动方式、磁场控制的磁流变方式和永磁直流直线饲服电机驱动方式等。转阀方式是由控制器单元发出的信号经处理驱动步进电机从而驱动转动阀转动，改变减振器阻尼孔的大小，产生符合系统要求变化的阻尼力。旁路阀方式是由电磁阀根据控制器单元发出的信号开关打开磁阀相当于在油路中增加一个节流孔，从而改变总的阻尼孔的面积，产生符合系统要求的有级变化的阻尼力。压电驱动方式是在减振器的活塞杆内，安装压电执行器和压电传感器。压电执行器由88个压电元件叠加而成，在直流电压作用下压电元件会伸长，该位移经位移放大室放大到可以打开转换阀，形成分流油路，从而获得小阻尼。利用压电传感器可将前轮减振器检测到的路面情况传给电控单元，控制后轮减振器的阻尼。磁场控制的磁流变方式是利用电控单元发出的电压