蒋兵，夏琼，罗明军

(1.奇瑞商用车(安徽)有限公司工程研究院，安徽芜湖 241006；2.奇瑞汽车股份有限公司汽车工程院，安徽芜湖 241006 )

汽车双筒液压减振器工作特性仿真分析

蒋兵1，夏琼2，罗明军1

(1.奇瑞商用车(安徽)有限公司工程研究院，安徽芜湖 241006；2.奇瑞汽车股份有限公司汽车工程院，安徽芜湖 241006 )

为了解决有限元方法难以准确描述汽车用双筒液压减振器工作特性的难题，首先阐述了双筒液压减振器的结构组成，较为详细分析了该减振器的工作原理；建立减振器机械系统的3D数字模型，基于ADAMS仿真软件搭建双筒液压减振器的多体动态仿真模型，并在此基础上仿真分析液压减振器的示功图、阻尼特性评价和非线性特征；最后通过减振器台架试验对CAE分析结果进行验证，研究结果表明：仿真计算模型能较准确地模拟减振器外特性。该研究为减振器的设计和分析提供参考。

双筒液压减振器；示功图；阻尼特性；仿真分析；台架试验

0 引言

汽车悬架用被动减振器主要有液压和充气两种，就所有减振器而言，按阻尼材料的性质可分为[1]：固体减振器、液体减振器、磁阻尼减振器以及冲击减振器。随着时代的发展，大体经历了干摩擦式减振器、鼓式减振器、臂式减振器、双筒液压减振器和单筒预充气式减振器的发展阶段[2]。由于种种明显的缺陷，前几种减振器已经被淘汰。目前，国内多采用双筒液压减振器[3]。

1 双筒液压减振器的结构及其工作原理

减振器压缩行程时，活塞3向下移动，活塞下腔室的容积减少，油压升高，油液经流通阀8流到活塞上面的腔室(上腔)。上腔被活塞杆1占去了一部分空间，因而上腔增加的容积小于下腔减小的容积，一部分油液于是推开压缩阀6流回贮油缸5。

图1 双筒液压减振器结构示意图

减振器伸张行程时，活塞向上移动，活塞上腔油压升高，流通阀8关闭，上腔内的油液推开伸张阀4流入下腔。由于活塞杆的存在，自上腔流来的油液不足以充满下腔增加的容积，下腔产生真空度，这时储油缸中的油液推开补偿阀7流进下腔进行补充。阀的节流将对悬架在伸张运动时起到阻尼作用[4]。

图2 双筒液压减振器工作阀示意图

2 双筒液压减振器建模

2.1 数字模型的建立

采用CATIA三维建模软件分别建立汽车双筒液压减振器的主要零部件，主要包括活塞顶杆、活塞、上吊环、压缩阀座、油封盖、工作缸、储油缸筒、导向座、底阀弹簧、复原阀阀片[5-8]。最后，通过软件自带的装配模块将零部件装配起来，搭建了双筒液压减振器的装配图，如图3所示。

图3 双筒液压减振器装配图

2.2 减振器虚拟样机模型的建立

通过接口技术将双筒液压减振器的x_t文件导入到多体虚拟仿真ADAMS/View软件中，然后在ADAMS/View中，根据各部件的运动关系，添加各部件直接的约束关系(见表1)。

2.3 减振器参数定义

在ADAMS/View中，将减振器简化为弹簧单元，通过定义弹簧的弹性刚度系数K和阻尼系数C来定义减振器的参数，如图4所示[9]。

图4 减振器参数定义

2.4 减振器的驱动和载荷

按照减振器的实际工作状态，对后减振器进行驱动和载荷的定义，如表2所示，共定义了6个MOTION，其中MOTION_2至MOTION_6的Function均为各自阀片的重力大小，负号代表此力的方向与重力加速度的方向相反。

表2 驱动函数Function

3 减振器阻尼特性仿真分析

各部件的尺寸都是按照实际的尺寸大小，其质量都是由ADAMS通过尺寸与密度关系自动算出。文中取1/4车身，用一个长方体代替[10]。

为了模拟减振器的减振特性，采用正弦波近似模拟路面不平度，其函数为z=10×sin(2×3.14×10×t)+sin(2×3.14×20×t)+sin(2×3.14×40×t)+sin(2×3.14×60×t)。设置仿真步数为500，系统将会根据仿真的时间和步数计算出仿真的时间间隔[11]。活塞顶杆和工作缸的加速度曲线如图5所示。

图5 活塞顶杆和工作缸的加速度曲线

对减振器进行仿真分析得到其示功图，考察行程为40 mm，得到速度为0.05、0.1、0.3、0.6、0.8和1.0 m/s的示功图和减振器工作阻尼特性，如图6所示。

图6 减振器仿真结果

从图5可以看出：活塞顶杆加速度不稳定，有较大的振荡，而工作缸的加速度基本是一个正弦振荡。在工作缸加速度到达最高或最低点时，活塞顶杆发生一次冲击，随后活塞顶杆加速度趋于平缓。随着工作缸加速度到达波峰或波谷，活塞顶杆加速度又一次振荡。工作缸的速度要远远大于活塞顶杆的速度，所以活塞顶杆的振荡应是在活塞顶杆与工作缸的相对速度等于零处开始的。

4 台架试验

根据减振器台架试验标准QC/T 545，在减振器台架上采用正弦激励对减振器进行激励[12-13]。活塞相对于工作缸做简谐波运动时，测试减振器在不同速度下的示功图和工作阻尼特性,如图7所示。

图7 减振器测试结果

从图7看出阻力-速度特性图具有如下特点：阻力-速度特性由4段近似直线线段组成，其中压缩行程和伸张行程的阻力-速度特性各占两段；各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数k=F/v，减振器有4个阻尼系数，在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数。通常压缩行程的阻尼系数与伸张行程的阻尼系数不等。

5 小结

(1)阐述了双筒液压减振器的结构组成，较为详细分析了该减振器的工作原理。

(2)搭建了汽车双筒液压减振器机械系统的3D数字模型，基于ADAMS仿真软件建立了双筒液压减振器的多体动态仿真模型，并在此基础上对液压减振器的示功图、阻尼特性和非线性特征进行仿真分析。

(3)通过减振器台架试验对CAE分析结果进行验证，研究结果表明：仿真计算模型能较准确地模拟减振器外特性，与台架试验结果一致，为减振器的设计开发提供工程指导。

【1】吉林大学汽车工程系．汽车构造(下册)[M]．5版．北京：人民交通出版社，2006:221-258．

【2】李传兵．汽车减振器的最新发展[J]．轻型汽车技术，2001(5)：18-20．

【3】冯雪梅，刘佐民．汽车液力减振器技术的发展与现状[J]．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2003,27(3)：340-343． FENG X M,LIU Z M.Development and Current Situation of Automotive Hydraulic Shock Absorber Technology[J].Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Engineering),2003,27(3)：340-343．

【4】马飞，陈华新．基于ADAMS的摩托车减振器性能仿真[J]．摩托车技术，2003(5)：13-15． MA F,CHEN X H.The Emulation of Motorcycle Shock Absorber Performance Based on ADAMS[J].Motorcycle Technology,2003(5)：13-15．

【5】郭晓强．基于ADAMS的虚拟仿真技术在汽车设计中的应用[D]．长春：吉林大学，2005．

【6】YANG P，LIAO N B，YANG J B．Design，Test and Modelling Evaluation Approach of a Novel Si-oil Shock Absorber for Protection of Electronic Equipment in Moving Vehicles[J]．Mechanism and Machine Theory，2008，(43)：18-32．

【7】隗寒冰，邓楚南，何文波．基于ADAMS软件的汽车平顺性仿真分析[J]．机械设计与制造，2006(7)：75-76． KUI H B,DENG C N,HE W B.Simulation of the Vehicle Ride Comfort Based on the ADAMS[J].Machinery Design & Manufacture,2006(7)：75-76．

【8】刘延庆，张建武．液压减振器非线性动态仿真和试验[J]．汽车工程，2002，24(2)：152-156． LIU Y Q,ZHANG J W.Nonlinear Dynamic Simulation for Hydraulic Shock Absorber[J].Automotive Engineering,2002，24(2)：152-156．

【9】冯景华，吴南星，余冬玲．机械系统动态仿真技术及ADAMS的理论基础研究[J]．机械设计与制造，2004(2)：17-19． FENG J H,WU N X,YU D L.The Research on Dynamic Simulation Technology of Mechanical System and Theoretic Basis of ADAMS[J]. Machinery Design & Manufacture,2004(2)：17-19．

【10】张弿，谢伟东，汪立明，等．虚拟样机技术在汽车减振器研究中的应用[J]．机电工程，2008，25(6)：46-47． ZHANG T,XIE W D,WANG L M,et al.Application of the Virtual Prototype Technology in Automotive Shock Absorber[J].Mechanical & Electrical Engineering Magazine,2008，25(6)：46-47．

【11】王国强，张进平，马若丁．虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践[M]．西安：西北工业大学出版社，2002:1-108，183-190．

【12】BEGHI A，LIBERATI M，MEZZALIRA S，et al．Grey-box Modeling of a Motorcycle Shock Absorber for Virtual Prototyping Applications[J]．Simulation Modelling Practice and Theory，2007(15)：894-907．

【13】刘延庆，张建武，张利，等．车用双筒液压减振器动态响应的试验与仿真[J]．上海交通大学学报，2002，36(8)：1096-1099． LIU Y Q,ZHANG J W,ZHANG L,et al.Experiment and Simulation of Dynamic Response for Vehicle Twin Tube Hydraulic Shock Absorbers[J].Journal of Shanghai Jiaotong University,2002，36(8)：1096-1099．

Performance Simulation Analysis of Binocular Hydraulic Shock Absorber on Automobile

JIANG Bing1, XIA Qiong2, LUO Mingjun1

(1.Automotive Engineering Research Institute, Anhui Chery Commercial Vehicle Company, Wuhu Anhui 241006,China;2.Automotive Engineering Research Institute,Chery Vehicle Co., Ltd., Wuhu Anhui 241006,China)

In order to solve the difficulty that finite element method was hard to to accurately describe performance of binocular hydraulic shock absorber on automobile, the structure of a binocular hydraulic shock absorber was expounded, the working principle of the binocular hydraulic shock absorber was analyzed in great detail; the 3D digital model of the mechanical system of the binocular hydraulic shock absorber was established based on CATIA software and the multi-body dynamic simulation model of the absorber was built based on the ADAMS simulation software;the indicator diagram, damping characteristics evaluation and simulation analysis for the absorber were made.Finally the CAE analysis result was validated by the shock absorber bench test.The result has shown that the simulation calculation model can accurately simulate the shock absorber external characteristic. It provides reference for design and analysis of shock absorber.

Binocular hydraulic shock absorber; Indicator diagram; Damping characteristics; Simulation analysis; Bench test

2017-01-24

国家自然科学基金资助项目(51405123);江西省教育部项目(赣教技字[2007]20号)

蒋兵(1980—)，男，主要研究方向为汽车整车技术开发。

罗明军，E-mail：lmjlmh2008@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.001

U461.1

A

1674-1986(2017)02-003-04