汽車減振器介紹及其原理.ppt

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減振器,為了加速車架和車身振動的衰減，以改善汽車的行駛平順性，在大多數(shù)汽車的懸架系統(tǒng)內(nèi)部裝有減振器。減振器和彈性元件都是并聯(lián)安裝的。 汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用液力減振器。液力減振器的作用原理是當(dāng)車駕與車橋做往復(fù)相對運動，而活塞在缸筒內(nèi)往復(fù)移動時，減振器殼體內(nèi)的油液便反復(fù)的從一個內(nèi)腔通過一些窄小的空隙流入另一內(nèi)腔。此時，孔壁與油液的摩擦及液體分子內(nèi)摩擦便形成對振動的阻尼力，使車身和車架的振動能量轉(zhuǎn)化為熱能，而被油液和減振器殼體所吸收，然后散到空氣中。減振器阻尼力的大小隨車架和車橋相對運動速度的增減而增減，并且與油的黏度有關(guān)。因此要求減振器所用油液的黏度受溫度變化的影響盡可能小；且具有抗汽化，抗氧化以及對各種金屬和非金屬零件不起腐蝕作用等性能。,液力減振器,減振器的阻尼力越大，振動消減得越快，但卻使并聯(lián)的彈性元件的作用不能充分發(fā)揮，同時，過大的阻尼力還可能導(dǎo)致減振器連接零件及車架損壞。為解決彈性元件和減振器之間的這一矛盾，對減振器提出如下要求： （1）在懸架壓縮行程（車橋和車架互相移近的行程）內(nèi)，減振器阻尼力應(yīng)小，以便充分利用彈性元件的彈性，以緩和沖擊。 （2）在懸架伸張行程內(nèi)（車橋與車架相對遠離的行程）內(nèi)，減振器的阻尼力應(yīng)大，以求迅速減振。 （3）當(dāng)車橋（或車輪）與車架的相對速度過大時，減振器應(yīng)當(dāng)能自動加大液流通道面積，使阻尼力始終保持在一定的限度之內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。,在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調(diào)式減振器。,1. 活塞桿；2. 工作缸筒；3. 活塞；4. 伸張閥；5. 儲油缸筒； 6. 壓縮閥；7. 補償閥；8. 流通閥；9. 導(dǎo)向座；10. 防塵罩；11. 油封,雙向作用筒式減振器,雙向作用筒式減振器工作原理說明。在壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內(nèi)活塞3向下移動?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥6，流回貯油缸5。這些閥對油的節(jié)約形成懸架受壓縮運動的阻尼力。減振器在伸張行程時，車輪相當(dāng)于遠離車身，減振器受拉伸。這時減振器的活塞向上移動?；钊锨挥蛪荷?，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生一真空度，這時儲油缸中的油液推開補償閥7流進下腔進行補充。由于這些閥的節(jié)流作用對懸架在伸張運動時起到阻尼作用。 由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達到迅速減振的要求。,充氣式減震器,充氣式減震器的結(jié)構(gòu)特點是在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，在浮動活塞與缸筒一端形成的一個密閉氣室種充有高壓氮氣。在浮動活塞上裝有大斷面的O型密封圈，它把油和氣完全分開。工作活塞上裝有隨其運動速度大小而改變通道截面積的壓縮閥和伸張閥。 當(dāng)車輪上下跳動時，減震器的工作活塞在油液種做往復(fù)運動，使工作活塞的上腔和下腔之間產(chǎn)生油壓差，壓力油便推開壓縮閥和伸張閥而來回流動。由于閥對壓力油產(chǎn)生較大的阻尼力，使振動衰減。,充氣式減振器優(yōu)點,當(dāng)車輛在較壞的路面連續(xù)行駛時，充氣式減振器比液壓式減振器具有良好阻尼力的持續(xù)性和高速特性。因為減振器油在連續(xù)或高速工作下很容易發(fā)生泡沫化現(xiàn)象，從而使減整器工作時產(chǎn)生空程導(dǎo)致阻力不連續(xù)（這種現(xiàn)象在壓縮行程尤為嚴重），充入低壓氮氣后基本消除了泡沫化現(xiàn)象，從而也就消除了阻力的空程和不連續(xù)現(xiàn)象，提高了整車乘座舒適和高速的操穩(wěn)性。 充氣式減振器基本消除了減振器油的泡沫化現(xiàn)象，大降低了減振器工作的減振器油高速流動產(chǎn)生的“嘶嘶”聲，從而降低了整車的噪音。 充氣式減振器會比普通液振器的使用壽命長，因為阻力持續(xù)性得到了保證，特別是車輛在較壞的路面上行駛時，減少了減振器工作空程，在一定程度上減少了對整車，特別是懸架零件的沖擊，不但提高減振器本身的壽命，而且也提高了懸架其它零件的使用壽命。 由于采用浮動浮塞而減少了一套閥門系統(tǒng)，使結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)約減少15%。,阻力可調(diào)式減震器,裝有這種阻力可調(diào)式減震器的懸架系統(tǒng)采用了剛度可變的空氣彈簧。 阻力可調(diào)式減振器的工作原理是，當(dāng)汽車的載荷增加時，空氣囊中的氣壓升高，則氣室內(nèi)的氣壓也隨之升高，使膜片向下移動與彈簧產(chǎn)生的壓力相平衡。與此同時，膜片帶動與它相連的柱塞桿和柱塞下移，使得柱塞相對空心連桿上的節(jié)流孔的位置發(fā)生變化，結(jié)果減小了節(jié)流孔的通道截面積，即減少了油液流經(jīng)節(jié)流孔的流量，從而增加了油液流動阻力。 反之，當(dāng)汽車載荷減小時，柱塞上移，增大了節(jié)流孔的通道截面積，結(jié)果減少了油液的流動阻力。因此達到了隨著汽車載荷的變化而改變減震器阻力的目的。,自適應(yīng)減震系統(tǒng),自適應(yīng)減震系統(tǒng)是一種電子控制的懸掛系統(tǒng)，它根據(jù)主要的駕駛條件持續(xù)不斷地調(diào)節(jié)懸掛減震器的減震特性。該系統(tǒng)由集成式懸掛控制模塊控制。該模塊接收來自3個加速計、4個懸掛高度傳感器和來自其他系統(tǒng)的信號，借以計算車輛狀態(tài)、車身和車輪移行狀態(tài)和駕駛員操作輸入?？刂颇K使用這些信號將各減震器的減震特性控制在適當(dāng)?shù)乃剑瑥亩纳栖嚿砜刂坪蛙囕v駕乘舒適度。,自適應(yīng)減震器為充油和氣體加壓的單筒單元。為保持車輪豎向行程，后減震器使用了一個額外的外部蓄能器。 車輛采用電子控制閥行駛時，可調(diào)整減震力。與典型的被動減震器相比，這些減震器可在車輛控制和駕乘舒適度之間實現(xiàn)更好的平衡。所有減震器均有電氣接頭，其位置在活塞桿的端部、頂部支架的中心。 所有減震器中的減震調(diào)節(jié)均通過一個電磁式可變節(jié)流孔來控制，該節(jié)流孔為減震器內(nèi)的油液流動打開第二條通道。當(dāng)電磁閥斷電后，旁路關(guān)閉，所有液壓油全部流過主（剛性）閥。電磁閥啟動后，移動銜鐵和控制葉片。當(dāng)電磁閥斷電后，彈簧將閥門返回至其關(guān)閉狀態(tài)?？刂迫~片上有一個節(jié)流孔，葉片滑入腔體內(nèi)以按要求打開旁路，工作過程如圖所示。 在回升過程中，液壓油沿相反方向流動。平行作用的兩個閥門可以確保減震器以一個更柔和的狀態(tài)工作。減震器在這兩個界限條件之間工作。 各減震器中的電磁閥由來自集成式懸掛控制模塊的526HzPWM電流需求量操控。當(dāng)模塊完全啟動后，它使用1.5A電流來操控柔性設(shè)置下的減震器。當(dāng)斷電后（0A），減震器處于剛性設(shè)置。電流按需持續(xù)不斷地變動，借此分別增加或減小各減震器的減震能力。,,,空氣懸掛系統(tǒng)中使用的4個懸掛高度傳感器也向自適應(yīng)減震系統(tǒng)提供輸入信號，其中兩個傳感器用于前懸掛，另外兩個傳感器用于后懸掛。在各懸掛高度傳感器上，傳感器臂和傳感器連桿將懸掛的線性運動轉(zhuǎn)換為傳感器軸的旋轉(zhuǎn)運動。 懸掛高度傳感器測量車輛各角上的懸掛的豎向移位，并向集成式懸掛控制模塊輸出相應(yīng)的模擬信號。集成式懸掛控制模塊巾的算法計算信號的位置、速度和頻率，并將這些結(jié)果用于車輪控制。,,3.2 有級可調(diào)減振器 有級可調(diào)減振器阻尼在三檔之間快速切換，切換時間通常為幾毫秒，有級可調(diào)減振器實際上是在減振器結(jié)構(gòu)中采用較為簡單的控制閥使通流面積在最大、中等或最小之間進行有級調(diào)節(jié)。有級可調(diào)減振器通過減振器頂部的電機控制旋轉(zhuǎn)閥的旋轉(zhuǎn)位置使減振器的阻尼在軟/中/硬三檔之間變化，有級可調(diào)減振器的結(jié)構(gòu) 及其控制系統(tǒng)相對簡單，但在適應(yīng)汽車行駛工況和道路條件的變化方面有一定的局限性，有級可調(diào)減振器的設(shè)計關(guān)鍵是發(fā)展先進的閥技術(shù)，增加阻尼變化的檔數(shù)縮短切換時間從而使復(fù)雜的控制策略應(yīng)用成為可能，以進一步提高懸架的控制品質(zhì)。 3.3 無級可調(diào)減振器 無級可調(diào)減振器的阻尼調(diào)節(jié)可采取以下幾種方法： （1）節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)：通過步進電機驅(qū)動減振器的閥桿連續(xù)調(diào)節(jié)減振器的通流面積，來改變阻尼節(jié)流閥或其他形式的驅(qū)動閥來實現(xiàn)。這類減振器的主要問題是節(jié)流閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。 （2）減振液黏性調(diào)節(jié)：使用黏性連續(xù)可控的新型的功能材料電流變或磁流變液體作為減振液，從而實現(xiàn)阻尼無級變化，電流變液體在外加電場作用下，其流變材料性能（如剪切強度，表觀黏度等會發(fā)生顯著的變化，將這種電流裝入減振器并在內(nèi)外筒之間加上電場通過改變電場強度使電流液體的黏度改變，從而改變減振器的阻尼力。由于電流變減振器的阻尼可隨電場強度的改變而連續(xù)變化，這無疑是一個較好的選擇。 但電流變液體存在較多問題，其電致屈服強度小，溫度工作范圍不寬，零電場黏度偏高，懸浮液中固體顆粒與基礎(chǔ)液體之間比重相差較大、容易分離，沉降穩(wěn)定性差，對雜質(zhì)敏感等難以適應(yīng)電流變減振器長期穩(wěn)定工作的需要。 要使電流變減振器響應(yīng)迅速、工作可靠，必須解決以下幾個問題：設(shè)計一個體積小、重量輕，能任意調(diào)節(jié)的高壓電源；為保證電流變液體的正常工作溫度必須設(shè)計一個散熱系統(tǒng)；充裝電流變液體時，要保證無污染；性能優(yōu)良的電流變液體；高壓電源的絕緣與封裝。 電流變減振器在國外已有一些產(chǎn)品問世。如德國的商業(yè)電流變液與電流變減振器及美國的相關(guān)產(chǎn)品等。 磁流變液體是指在外加磁場的作用下，流變材料性能發(fā)生急劇變化的流體，將磁流變液體裝入磁流變減振器通過控制磁場強度 可實現(xiàn)磁流變減振器阻尼的連續(xù)、無級可調(diào)。 磁流變減振器具有電流變減振器同樣的特點，響應(yīng)比電流變減振器要慢，主要是磁流變液體的磁化和退磁需要時間。磁流變減振器通常采用活塞缸結(jié)構(gòu)，磁流變液的通路有位于活塞上的阻尼孔或單獨的旁路構(gòu)成。在磁流變液的通路上施加磁場，按結(jié)構(gòu)可分為單出桿活塞結(jié)構(gòu)和雙出桿活塞結(jié)構(gòu)。 單出桿活塞缸結(jié)構(gòu)設(shè)計的磁流變減振器已用于大型載重汽車司機座椅半主動懸架減振系統(tǒng)。磁流變液體的特點存在的問題是響應(yīng)時間長、結(jié)構(gòu)比較笨重、流變性能和穩(wěn)定性還需要改進。 目前成功開發(fā)的電流變液體與磁流變液體的特性，從材料特性上看它們都能滿足汽車工作要求，但在屈服應(yīng)力、溫度范圍、塑性黏度和穩(wěn)定性等性能方面，磁流邊液體強于電流變液體，這也是選用磁流變液體作為半主動懸架系統(tǒng)減振器的減振液的主要因素。其最主要的問題是實現(xiàn)電源以及降低減振器內(nèi)液體紊流產(chǎn)生的噪聲十分困難。 3.4 減振器驅(qū)動方式 可控減振器驅(qū)動方式有轉(zhuǎn)閥方式、旁路閥方式、壓電驅(qū)動方式、磁場控制的磁流變方式和永磁直流直線飼服電機驅(qū)動方式等。 轉(zhuǎn)閥方式是由控制器單元發(fā)出的信號經(jīng)處理驅(qū)動步進電機從而驅(qū)動轉(zhuǎn)動閥轉(zhuǎn)動，改變減振器阻尼孔的大小，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求變化的阻尼力。 旁路閥方式是由電磁閥根據(jù)控制器單元發(fā)出的信號開關(guān)打開磁閥相當(dāng)于在油路中增加一個節(jié)流孔，從而改變總的阻尼孔的面積，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求的有級變化的阻尼力。 壓電驅(qū)動方式是在減振器的活塞桿內(nèi)，安裝壓電執(zhí)行器和壓電傳感器。壓電執(zhí)行器由88個壓電元件疊加而成，在直流電壓作用下壓電元件會伸長，該位移經(jīng)位移放大室放大到可以打開轉(zhuǎn)換閥，形成分流油路，從而獲得小阻尼。利用壓電傳感器可將前輪減振器檢測到的路面情況傳給電控單元，控制后輪減振器的阻尼。 磁場控制的磁流變方式是利用電控單元發(fā)出的電壓或電流信號控制磁流變減振器內(nèi)變壓線圈產(chǎn)生高壓實現(xiàn)對阻尼的連續(xù)無級調(diào)節(jié)。 永磁直流直線飼服電機驅(qū)動方式則是由直線飼服電機直接實現(xiàn)直線運動控制。電機驅(qū)動效率高、響應(yīng)迅速、靈敏度高、隨機性好、控制穩(wěn)定。目前，永磁直流直線伺服電機在航天飛行器中應(yīng)用廣泛應(yīng)用，其驅(qū)動性能優(yōu)于液壓執(zhí)行機構(gòu)。,