悬架系统与底盘平台的匹配 - 图文(6)

=389.2 N/mm2

9. 减震器的工作特性

根据前述单自由度振动方程：

质量系统的自由振动是由悬架质量M、弹簧刚度C、减震器阻尼系数δ组成。

该系统的自由振动可由以下齐次方程来描述：

Mz’’+δz‘ + Cz= 0

令 2n =δ/M，ω02 =C/M 后可以置代为下式 z+2nz + ω0z = 0

该微分方程的解为：

z = Ae

-n t

-n t

’’

‘

2

Sin〔（ω0 – n ） t +a〕

2

2

1/2

221/2

z = AeSin〔（ω0 – n ） t +a〕

将上式绘制成A-t（振幅—时间）曲线，如图36所示。

曲线指出：有阻尼自由振动时，质量M以圆频率（ω0 –n ）

2

2

1/2

振动，其振幅按e

-nt

衰减。

式中 n=δ/2M

有阻尼自由振动时的固有频率 ωd=（ω02 –n2 ）1/2 ，

若改写为ωd=（ω02 –n2 ）1/2 =ω0（1-ψ2）1/2 ---------------- （1） 式中

ψ=n/ω0 起名为相对阻尼系数

ω0=√C/M 称之为无阻尼自由振动的固有圆频率 rad/s （转换为的固有频率 f0=ω0/2π=/2π×√C/M c/s 或 Hz）

1

图36

由（1）式中，相对阻尼系数ψ=n/ω0=n/（√C/M）

将n=δ/2M 代入并整理后得： ψ=δ/2√CM

C 悬架刚度 N/mm

2

M 悬架质量 kg.s/9800mm δ 减震器阻尼系数 N.s/mm

9-1 减震器的性能常用 阻力—位移、阻力—速度特性来描述。 前者称为“示功图”，后者称为“速度特性图”。δ 减震器阻尼系数的物理意义是：悬架在自由振动的条件下，

26

如果减震器活塞速度V与阻力F之间的特性关系是线性的，换句话说是直线关系，即

F=δV

δ是该直线的比例常数，即斜率。

如果减震器速度特性是非线性的即曲线关系，则 F=δvi

减震器阻尼系数δ仍然代表曲线的斜率。在悬架小幅度振动范围内，速度特性可视为线性的关系。这样一来指数i在减震器卸荷阀打开时i =1 此时称为线性阻尼特性，如图37所示。

图37 速度特性

图38

图38表示减震器行程为100mm以每分钟100次、25次振动测得的 阻力—位移特性（示功图）。

通常减震器的试验速度V，常选定在0.05m/s、0.1 m/s、0.3 m/s、0.52 m/s、0.6m/s的范围内进行。 9-2减震器相对阻尼系数ψ的确定

由上节得知：相对阻尼系数ψ=δ/2√CM

实践中，常常通过所测得的A—T（振幅—时间）曲线如图1所示，根据两个相邻振幅的比值m=A1 / A2来求

出相对阻尼系数ψ值。然后再算出减震器阻尼系数δ的大小。 具体计算公式如下：

ψ=1/（1+4π2/ln2m）1/2

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m=A1 / A2

ln 自然对数

相对阻尼系数ψ的物理意义是指减震器的阻尼作用，同样大小的减震器阻尼系数δ，在与不同刚度、不同质量的悬架系统匹配时，会产生不同的阻尼效果。一般减震器的ψ值在0—1之间选择，ψ值越大，运动性质就越接近非周期性（即不等时性），故ψ也称为非周期性系数。

相对阻尼系数ψ值取得大，能使振动迅速衰减，但会给车身带来较强烈的路面冲击力，ψ值取得小，振荡衰减慢，平顺性变差。

通常在压缩行程选择较小的ψ值，在伸张行程选择较大的ψ值。但是当代轿车由于广泛采用前置前驱动结构，前轴负荷较重且离地间隙较小，为避免汽车行驶在不平路面上底盘与地相刮碰，往往采取相反的措施，将伸张行程的ψ值大于压缩行程的ψ值，例如FC-1轿车就是这样的。

通常ψ=0.25-0.5 ，对于无内摩擦的弹性元件悬架（如麦氏悬架），取ψ=0.25-0. 5；对于有内摩擦的钢板弹簧悬架，ψ值可取小些。对于越野车，ψ值应当取大些，且ψ值大于0.3。

为迅速衰减汽车振动又不把大的路面冲击传递到车身上，一般把减震器拉伸和压缩阻力按8∶2～6∶4的比例关系分配。

9-3减震器阻尼系数δ的确定（见图39）

减震器阻尼系数δ=2ψ√CM

由于存在导向机构的杠杆比关系，悬架阻尼系数δ可由下式计算：

δ=（2ψ√CM ）i 2/cos2a i =n / b

a 减震器安装角

图39

9-4计算实例 以FC-1前减震器为例，

1）已知：

满载前单轮悬架质量 G=308kg 悬架弹簧刚度C=22.08N/mm

减震器试验速度V=0.3m/s时 拉伸阻力Fr=684N 压缩阻力Fp=640N V=0.6m/s时 拉伸阻力Fr=925N 压缩阻力Fp=950N

2） 计算：

根据前述，减震器阻尼系数δ代表速度（V）—阻力（F）曲线的斜率（导数），因此，拉伸行程时的

28

阻尼系数δ

δ=dF /dV = （925-684）/ （0.6-0.3 ）=803.3N.s/m =0.8N.s/mm

相对阻尼系数ψ=δ/2√CM C 悬架刚度 N/mm

M 悬架质量 kg.s2/9800mm δ 减震器阻尼系数 N.s/mm

拉伸行程的相对阻尼系数ψ=δ/2√CM = 0.8 /2√22.08×308/9800

=0.48 同样方法可将压缩行程的减震器阻尼系数δ和相对阻尼系数ψ值。

δ=（950-640）/（0.6-0.3）=1033.3N.s/m =1.033N.s/mm ψ=δ/2√CM = 1.033 /2√22.08×308/9800

=0.62

由于存在导向机构的杠杆比关系，悬架相对阻尼系数ψ可由下式计算：

ψ0=δcos2a /（2ψ√CM ）i 2

i =n / b=398/361=1.1

a=110

拉伸行程的悬架相对阻尼系数

ψ0=0.8cos11 /(2√22.08×308/9800)1.1=0.38 该计算值符合推荐值ψ=0.25-0. 5范围内。 3） 减震器缸内工作油压p的计算 已知:

缸径d=25mm

V=0.6m/s时 拉伸阻力Fr=925N 压缩阻力Fp=950N 拉伸时, Fr=0.78d2pr

pr= Fr/ 0.78d=925/0.78x2.5=190 N/cm 压缩时, FP=0.78d2pP

pp= Fr/ 0.78d=950/0.78x2.5=195N/cm 4） CK-1减震器计算

已知：

满载前单轮悬架质量 G=251kg

悬架弹簧刚度C=23.4N/mm

减震器试验速度V=0.3m/s时 拉伸阻力Fr=1176N 压缩阻力Fp=294N V=0.6m/s时 拉伸阻力Fr=1617N 压缩阻力Fp=490N

计算：

根据前述，减震器阻尼系数δ代表速度（V）—阻力（F）曲线的斜率（导数），因此，拉伸行程

时的阻尼系数δ δ=dF /dV = （1617-1176）/ （0.6-0.3 ）=1470N.s/m =1.47N.s/mm

相对阻尼系数ψ=δ/2√CM C 悬架刚度 N/mm

29

2

2

2

2

2

2

2

0

2

M 悬架质量 kg.s2/9800mm

拉伸行程的相对阻尼系数ψ=δ/2√CM = 1.47 /2√23.4×251/9800

=0.949 同样方法可将压缩行程的减震器阻尼系数δ和相对阻尼系数ψ值。

δ=（490-294）/（0.6-0.3）=653N.s/m =0.653N.s/mm

ψ=δ/2√CM = 0.653 /2√23.4×251/9800

=0.42

由于存在导向机构的杠杆比关系，悬架相对阻尼系数ψ可由下式计算：

ψ0=δcosa /（2ψ√CM ）i

i =n / b=325/291=1.12 a=12.20

拉伸行程的悬架相对阻尼系数

ψ0=1.47cos12.2 /(2√23.4×251/9800)1.12=0.73

该计算值超过推荐值ψ=0.25-0. 5范围。

CK-1减震器相对阻尼系数ψ0=0.73 偏大,意味着路面冲击较强,整车舒适性较差.

9-5最大卸荷力F0的确定

为了减少传给车身的冲击力，当减震器活塞振动速度达到一定值时，减震器应打开卸荷阀，此时活塞速度称为卸

荷速度Vx

Vx=Aωcosα/ i

A 车身振幅 取±40mm

Vx 卸荷速度 一般为0.15-0.3 m / s

ω 悬架固有圆频率 rad/s

若伸张行程时的阻尼系数为δ0，则最大卸荷力F0=δ0 Vx

9-6减震器工作缸直径D的确定

减震器工作缸直径D可由最大卸荷力F0和缸内允许压力[p]近似求得：

D={4F0 / π[p]（1-λ）}

缸内允许压力 [p] =3-4 N/mm2

λ 工作缸直径D与活塞杆直径d之比 λ=D / d = 0.3-0.35 D 值应取标准缸径值：20、30、40、50、65 mm 工作缸筒用低碳无缝钢管制成，壁厚为1.5-2mm。

贮油筒直径Dc=（1.35-1.5）D，壁厚为1.5-2mm。

10. 悬架缓冲块的应用

为了防止悬架被“击穿”所造成的撞击，在车轮上跳到一定行程时，与主弹性元件（如螺旋弹簧）并联一个非线性程度很强的弹性元件，这就是缓冲块。用它来限制悬架行程，以吸收从车轮传到车身上的冲击载荷，如图40所示。

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