汽车悬架液压限位减振器研究综述.pdf

综 述 汽车实用技术 AUTOM0BILE APPLI ED TECHNOL0GY 2 0 1 5 年第5 期 20i5 N0．5 汽车悬架液压 限位减振器研究综述 王雪，曾庆东，张晓婷，李艾静，田雪，曹煜林 辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁，锦州 1 2 1 0 0 1 摘 要随着汽车行业的发展，汽车悬架对减振器的需求向着高效能、高稳定性与安全性方向发展，液压限位减振 器在悬架系统中的应用与研究受到了人们广泛的关注。 本文首先讨论了普通减振器和液压限位减振器在示功图上的 不同之处，并对比其优缺点； 接着结合国内外对用于汽车悬架的液压限位各种结构的研究成果， 综述了其结构形式 和 工作 原理；最后对 比此类液压 限位 结构 哪些更适用于减振器 内部进行 了深刻 的讨论 。 关键词汽车悬架；液压限位减振器 i附加阻尼力 中图分类号U 4 6 3 ． 3 文献标识码A文章编号1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 5 O 5 1 4 8 0 3 The Re s e a r c h Su mm a r i z a t i o n o f Hy dr a ul i c Li mi t i ng Sh o c k Abs o r pt i o n f o r Au t o mo bi l e S us pe ns i o n Wa n g X u e ， Z e n g Q i n g d o n g ， Z h a n g X i a o t i n g ， L i A i j i n g ， T i an Xu e ， C a o Y l l l i n C o l l e g e o f A u t o mo b i l e a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e ri n g ， L i a o n i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , J i n z h o u L i a o n i n g 1 2 1 0 0 1 Ab s t r a c t Wi t h t h e d e v e l o p me n t o f t h e a u t o mo t i v e i n d u s t r y , t h e d e ma n d f o r s h o c k a b s o r p t i o n t o wa r d h i g h - p e r f o r ma n c e ， h i gh s t a b i l i t y a n d s e c u r i t y． Hy d r a u l i c l i mi t i n g s h o c k a b s o r b e r a p p l i c a t i o n a n d r e s e a r c h i n t h e s u s p e n s i o n s y s t e m h a s b e e n wi d e s p r e a d c o n c e r n． F i r s t， t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e d i f f e r e n c e b e t we e n o r d i n a r y a n d h y d r a u l i c l i mi t i n g s h o c k a b s o r b e r i n d y n a mo me t e r ； Th e n a c c o r d i n g t h e v a rio u s r e s e a r c h e s o f h y d r a u l i c l i mi t i n g s t r u c t u r e s f o r a u t o mo t i v e s u s p e n s i o n ， s u mma r i z e d i t s s t r u c t u r e a n d wo r k i n g p r i n c i p l e ； An d fi n a l l y ma k e a d i s c u s s i o n b e tw e e n t h e s e h y dra u l i c l i mi t i n g s t r u c t u r e wh i c h i s mo r e s u i t a b l e for s h o c k a b s o r b e r ． Ke y wo r d s a u t o mo b i l e s u s pe ns i o n； h y d r a u l i c l i mi t i n g s h o c k a b s o r be r ； a d d i t i o n a l d a mp i n g f o r c e CL C N0． U 4 6 3 ． 3 Do c u me n t C o d e A Ar t i c l e I D 1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 5 0 5 - 1 4 8 - 0 3 引言 减 振器是汽车悬架 的重要 组成部件，现阶段双筒式减振 器 已被人们广泛应用于汽 车悬架中。随着人们对汽车 的乘坐 舒适性及平顺性需求的提高，减振器在复杂工况下的高效性 和高稳定性受到了各学者的广泛关注。目前，某些双筒式减 振器在拉伸和压缩极限处设有限位结构，作用是防止出现刚 性碰撞。减振器常见的限位结构分为两类，一类是在工作缸 内部放置聚氨酯材料的限位结构，另一种是内置螺旋弹簧的 限位缓冲结构。但是此类结构易出现材料老化及磨损失效等 问题 ，从而影 响减 振器 的使用性能 。 作者简介 王雪，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。 液压限位减振器的特点 参照 Qc／T 5 4 5 1 9 9 9 汽车筒式减振器台架试验方 法 ， 对双简式汽车悬架减振器进行示功特性试验， 得到的示 功 图多为图 1 所示 ，其中点 A为压缩极 限位置 ，点 C为拉伸 极 限位置 ，曲线 A B C表示减振器拉伸行程 ，曲线 C DA表示 减振器压缩行程。根据图 1 所示，普通汽车悬架减振器在拉 伸极限C点处阻尼力逐渐减小， 拉伸行程中当阻尼力为0时， 工作缸 内部 的活塞未停止运动 ， 会产 生减 振器 的“ 击 穿现象” ， 即与工作缸内部的导向套发生刚性碰撞，降低减振器使用过 程中的稳定性，最终影响汽车的乘坐舒适性与平顺性。 与普通双筒式减振器相比，液压限位减振器的示功图如 图 2所示，在接近拉伸极 限位置时依靠液压 限位结构产生较 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 9 汽车实用技术 2 0 1 5 年第 5期 大的附加阻尼力，使活塞的惯性力与油液产生的缓冲压力相 抵消，以达到活塞杆总成减速制动的目的，防止导向套与减振 器活塞的刚性碰撞。 而且可将减振器与车身间的冲击能量转化 为热能并衰减， 从而改善车辆在恶劣工况下行驶的的平顺性。 B 阻尼力 F ， N 、 ＼ 一 D 图 1 普通双筒式减振器示功图 Ⅲ 删 E ／ B ／ 厂 A 、 D 图 2 液压 限位减振器示功 图 2 、液压限位减振器的发展 近些年， 汽车悬架减振器普遍使用的是液压阻尼减振器， 因此采用液压原理开发新型减振器限位缓冲结构已经成为减 振器研发的主流趋势。 随着 E t ma n 、C h o o n T a r L E E等人对 液压限位缓冲减振器进行研究，国外学者对其阻尼特性进行 了仿真分析，但缺少对其试验研究与仿真对比分析。 随后，吉林大学郭孔辉院士对液压限位减振器进行了深 入的研究， 2 0 0 7年其团队首次提出了泵式位移相关变阻尼减 振器并申请专利，具体结构如图 3所示，它可以使阻尼力依 据 载荷 的变化 实现 自动调节 。此减振器特点是在工作缸 的上 部断 口处连接有 卸荷 阀座及油封座 ，工作缸与储油缸之 间设 油液导流罩，导流罩的外壁 与储油缸 的内壁 留有 间隙，此 间 隙可构成油液流通的通道在底阀座、活塞及卸荷阀的油液 通道口处设置控制油液进 出的单向阀，工作缸内壁中部开有 用于卸油减阻的旁通槽 ，使阻尼力 实现 自动调节 。减振器 的 限位缓冲作用是通过上、下限位器实现的，当活塞杆总成处 于拉伸行程时，上限位器的上端面与卸油阀座的底面接触， 使卸油阀上的两个单向阀堵塞，活塞上行阻尼力达到最大； 当活塞杆总成处于压缩行程时，下限位器的上簧座项面将活 塞上的单向阀堵塞，下腔停止卸油，活塞下行阻尼力达到最 大，起到限位缓冲的作用；弹簧可减缓活塞工作时的速度， 使阻尼力随活塞的行程而改变。 由于上述液压限位缓冲减振器结构复杂，随后在此基础 上，提出了一种新型液压限位变阻尼减振器。其主要结构参 数与普通双筒式液压减振器较为相似，只是增加了一套带有 卸荷阀和限位弹簧的浮动活塞总成，其结构如图 4所示。当 减振器的压缩行程超过限位弹簧的长度，主活塞与浮动活塞 相接， 堵住浮动活塞中部的油液主通道；主活塞继续下行时， 浮动活塞下腔 的油液通过通过浮动活塞上的阻尼小孔或底 阀 上的压缩阀挤入储油腔，使压缩阻力急剧增大，产生数值上 等于工作缸面积与 限位压强乘积 的限位力 ，使减振器具有液 压限位缓冲作用。 为 了避免减振器在拉伸行程和压缩行程活塞与导 向套和 底阀座发生刚性碰撞， 2 0 1 3年郭孔辉院士及其团队提出了一 款双向液压限位减振器，不仅可以调节减振器的压缩阻尼力 和复原阻尼力，还可以利用这种随行程变化的阻尼力来控制 车身的加速度和悬架的动行程，具体结构如图5所示。 1 ． 油封座 2 ．油封 3 ． 卸荷阀座 4 ． 导流罩 5 ． 活塞杆 6 ． 工作缸 7 ． 储油缸 8 ． 上限位器9 ． 活塞 1 o ． 下限位器 1 1 ． 底阀座 1 2 ． 吊环 图 3泵式位移 相关变阻尼减振 器结构 示意图 1 ． 主活塞2 ． 浮动活塞 3 ． 限位弹簧 4．底 阀座5 ．压 缩阀 6 ． 补偿阀 7 ．工作缸 8 ．储油缸 9 ． 浮动活塞密封环 1 0 ． 主活塞上的卸荷阀 1 1 ．主油封 1 2 ．导 向套 1 3 ． 吊环 图 4 液压限位式变阻尼减振器结构示意图 带有空心轴的悬浮底阀总成代替普通固定的底阀总成， 且底阀上不设阻尼孔，压缩行程时油液通过空心轴进入底阀 装置。当压缩行程较大时，活塞杆上的流通流通阀通道被其 遮挡，无杆腔压力压力上升，使阻尼力变大，进而产生压缩 限位作用。在空心轴与活塞上的流通阀通道配合后，空心轴 下方 的单 向补偿 阀打开 ，利用两腔 的压力差进行补油 设置 在 导向套下面 的复原 限位管和设置在活塞上部 的复原 限位锥 体在复原行程较大时相结合，有杆腔内油液被封闭，腔内压 力上升，使阻尼力变大，进而产生复原限位作用。且悬浮式 的浮动底 阀总成可进行微量 的径 向移动 ，以抵消两轴线产 生 的微量便宜对空心轴的损害和不必要的摩擦，以提高减振器 的寿命 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 5期 王雪 等汽车悬架液压限位减振器研究综述 1 5 0 1 ． 阀盖 2．压缩 阀片 3 ． 底阀座 4．底 阀体 5 ． 底 阀盖 6 ．底 阀弹 簧 7 ． 压缩限位阻尼轴 8 ．流通阀通道 9 ． 复原阀弹簧 1 0 ． 复原阀片盖 1 1 ．2 0 ．O型圈 1 2 活 塞体 1 3 ． 复原限位套管 1 4 ． 导向器 1 5 ． 上盖 1 6 ． 防尘罩 1 7 ． 压缩缓冲垫 1 8 ．活塞杆 1 9 ． 油封 2 1 ． 储油缸 2 2 ． 复原限位锥体 2 3 ．流通 阀阀片 2 4 ． 活塞环 2 5 ．活塞 紧固螺母 垫片 2 6 ． 复位阀片 2 7 ．活 塞紧固螺母 2 8 ． 钢珠 2 9 ．工作 缸 3 0 ． 下 吊耳 3 1 ．上 吊耳 图 5 双向液压限位减振器结构示意图 2 0 1 3年， 锦州立德减振器有限公司白发研制一款双活塞 阻尼减振器，其结构是在原有的活塞杆总成基础上增加了一 套浮动活塞总成，此浮动活塞总成具有液压限位功能，其部 分结构如图6所示。其浮动活塞上设有流通槽，浮动活塞与 导 向套之 间设有起缓冲 作用的螺旋弹簧 。 减振器未工作时，螺旋弹簧未被压缩，其长度为弹簧的 自然长度。当减振器处于拉伸行程时，限位缓冲垫与浮动活 塞总成相接触，使得浮动活塞上的常通孔被限位缓冲垫遮住 ～ 部分 ， 从而上腔油液流 回下腔 ；随着 拉伸行 程位移的增加 ， 限位缓冲垫与浮动活塞总成一起压缩限位弹簧向导向套的方 向做减速运动。此时浮动活塞总成上腔油压升高，上腔油液 在压力的作用下通过浮动活塞上的常通孔与限位缓冲垫形成 小孔节流作用，从而产生较大的附加阻尼力，起到限位缓冲 的作用 。 1．村套 2 ． 浮动活塞 3 ． 话塞环 4 ． 限位 弹簧 5_8_限位座 6 ． 工作缸 7 ． 限位缓冲垫 9 ． 限位卡簧 1 0 ． 导向器 1 1 ．活塞环 图 6双活塞阻尼减振器浮动活塞 结构 参考以上液压限位结构，今年笔者运用工作缸缩颈形成 环状缝 隙附加 阻尼力原理 ，设计一款新型液压 限位 减振 器， 其结构示意图如图 7所示。工作腔腔壁与缓冲腔腔壁之间的 锥形过渡段， 辅助活塞上开有沿轴向截面积逐渐减小的凹槽。 由于辅助活塞 与缸壁之间形成的通流面积不 断减 小，形成环 状缝隙阻尼，实现弱液压缓冲，可避免缓冲腔直径突然减小 而引起的压力冲击。通过调整辅助活塞底面的直径 d与锥面 锥角 a的大小，可实现最大阻尼力的调整；通过调整主活塞 与辅助活塞之间的距离， 可以实现阻尼力峰值点位置的调整； 过调整锥形过渡段的长度、锥形辅助活塞的锥角及其上的凹 槽的数量及尺寸，可实现强弱缓冲的平稳过渡。 一 -＼、 、＼、 、、 厂 厂 疟 向 ／ 1 ．储 油缸 2 ． 工作缸 3 ． 工作腔 4 ． 缓冲腔 5 ．主 活塞 6 ． 辅助活塞 7 ． 活塞杆 8 ． 吊环 9 ． 限位卡簧 1 0 ． 流通阀 1 1 ． 复原阀 1 2 ． 压缩阀 1 3 ．补偿阀 图 7 新型液压限位缓冲结构减振器 3 、结语 液压限位缓冲减振器在汽车悬架减振器中逐步得到了应 用，但是对其研究仍旧处于起步阶段，还有很多需要深入讨 论的问题。 液压限位结构的设计与简化。现阶段液压限位结构主要 类型分为两种，一种是利用限位弹簧在拉伸与压缩极限处堵 塞某一单 向阀而形成 小孔节流作用产 生液压缓冲作用，另一 种是利用工作缸缩颈与浮动活塞行程环状缝隙阻尼形成缓冲 作用。对比两种作用形式，笔者认为减振器内部加入限位弹 簧及其组件增加了减振器结构的复杂性，生产时需要对其进 行简化设计。 建立准确的动力学模型。使用计算机仿真手段研究液压 限位结构对减振器性能的影响， 均是基于普通汽车减振器模型 建立液压限位结构等效液压模型， 其模型建立的准确性是研究 液压限位减振器对汽车平顺性的影响起着至关重要的作用。 虽然液压限位减振器的研究我国仍处于起步阶段，液压 限位减振器对于改善越野车辆及特种装备车辆的舒适性有着 显著的效果，这为液压限位技术的发展和水平的提高提供了 巨大 的动 力。 参考文献 【 l 】孙胜利． 位移相关减振器动力学建模及对车辆性能影响的研究 [ D】 ， 长春 吉林大学， 2 0 0 8 ． 【 2 ]郭孔辉等． 泵式位移相关变阻尼减振器． 中国，2 0 0 7 1 0 0 5 4 8 2 2 - 8 ． [ P ] ． 2 0 0 7 1 2 2 6 ． [ 3 】郭孔辉．液压 限位式变 阻尼减震器．中 国，2 0 0 7 2 0 0 9 4 7 4 3 ． 5 ．[ P ] ． 20 0 8 ． 0 8 2 7 ． [ 4 】郭孔辉 ．分立底 阀式变 阻尼液压 限位减 震器．中国，2 0 0 9 2 0 1 6 0 1 3 1 ． 0 ． [ P ] ． 2 0 1 0 - 0 5 1 9 ． 【 5 】王冕等．双 向液压限位减震器．中国 ，2 0 1 1 1 0 2 4 5 9 2 4 ．4 ． 【 P 】 ． 2 0 1 3 一 O 3 ． 0 6． [ 6 】陈双等． 液压限位缓冲结构在汽车减振器上的应用[ J ] ， 农业装备与 车辆工程 ，2 0 1 3 ． [ 7 】王雪等． 液压限位缓冲结构减振器． 中国，2 0 1 4 2 0 6 5 4 8 2 1 ． 2 ． [ P ] ． 20 1 4． 01 2 3 ． 【 8 ]陈双等． 汽车悬架双活塞阻尼减振器特性研究【 J ] ． 汽车技 术，2 0 1 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m