電磁閥控制半主動懸架可調(diào)減振器的研制

1、電磁閥控制半主動懸架可調(diào)減振器的研制 *劉偉哲 1王忠良 1陳昌建 2郭洪文 3（1.河北師范大學(xué)；2.河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院；3.上海天合汽車研發(fā)中心）【摘要】建立了某越野車 7 自 由 度 模 型 ，分析了該車輛在直線行駛 、加 速-制動以及轉(zhuǎn)向工況下懸架阻尼變化對 車輛穩(wěn)定性和乘坐舒適性的影響 。 研制了電磁閥控制阻尼可調(diào)減振器 ，并進(jìn)行了減振器示功試驗 、速度特性臺架試 驗 ，得出被動減振器及可調(diào)減振器的示功圖和速度特性曲線 。 結(jié) 果 表 明 ，該可調(diào)減振器的軟 、硬阻尼力隨速度的變化 有 明 顯 的 區(qū) 別 ，說明基本達(dá)到了阻尼的軟 、硬 可 調(diào) 。主題詞：半主動懸架減振器電磁閥阻尼

2、調(diào)整中圖分類號：u463.33文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號：10003703（2012）09003004development of an adjustable damper controlled by solenoid ofsemi-active suspension systemliu weizhe1, wang zhongliang1, chen changjian2, guo hongwen3（1.hebei normal university; 2.hebei college of industry and technology；3.shanghai trw automotive hold

3、ings corp）【abstract】in this paper a 7 degrees of freedom model of an off -road vehicle is established, and the influence of variation of suspension damper on vehicle stability and ride comfort is analyzed in three main working conditions: straight driving, speeding up, braking and steering. solenoid

4、 valve control damper adjustable damper is developed, and damper indicator test, speed characteristic bench test are carried out, from which indicator diagram and speed characteristic curve of the passive damper and adjustable damper are obtained. the results show that the changes of soft and hard d

5、ampers with the velocity are very significant, indicating that soft and hard adjustment of damper can be made.key words：semi-active suspension, damper, solenoid valve, damper adjustment懸架阻尼對車輛的穩(wěn)定性和乘坐舒適性有著重為二分之一前 、 后懸架減振器中心距 ，mb 為 車 身 質(zhì)量 ，mu2 為前軸右非簧載質(zhì)量 ，ip 為車身俯仰轉(zhuǎn)動慣 量 ，mu1 為前軸左非簧載質(zhì)量 ，ir 為車身側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣 要的影響。

6、本文以某越野車前雙擺臂扭桿彈簧獨立懸 架 為 基 礎(chǔ) 1， 設(shè)計了一種由電磁閥 控 制 的 新 型 減振器， 由此解決了步進(jìn)電機控制節(jié)流口開度的減振 器在壓縮行程壓縮閥不起作用的問題 。量 ，mur 與 iur 分別為后軸非簧載質(zhì)量 、側(cè) 傾 轉(zhuǎn) 動 慣量，ks1、ks2、ks3、ks4 為懸架系統(tǒng)的彈簧剛度 ，cd1、cd2、cd3、cd4 為 懸 架 系 統(tǒng) 的 阻 尼 ，kt1、kt2 為前輪胎剛度系數(shù) ，kt3、kt4 為后輪胎剛度系數(shù)。z模型建立11.1車輛 7 自由度整車模型建立所研究越野車前懸架為裝有橫向穩(wěn)定桿及雙向液壓筒式減振器的雙擺臂扭桿彈簧獨立懸架 ， 后懸 架為裝有雙向液

7、壓筒式減振器的 2 級變鋼性半橢圓x1ipirks4yks3mbc.gx6cx7 x3 cd3d4mx2ur形鋼板彈簧。所建立的該越野車 7 自由度整車模型iur2b2l1kt4cd1mu1hgkx xt3cd2mu25 4ks2ks1如 圖 1 所 示 ，7 自 由 度 包 括 3 個車身自由度以及 4個車輪垂直運 動 自 由 度 。 圖 1 中 ，2b1 為 前 輪 輪 距 ，2b2 為后輪輪距，l 為軸距，ls1 與 ls2 分別為二分之一 前 、后 懸 架 中 心 距 ，l1 為車身質(zhì)心距前 軸 距 離 ，l2 為 車身質(zhì)心距后軸距離 ，hg 為質(zhì)心高度 ，ld1 與 ld2 分 別l

8、2lkt1kt2q3q42b1q2q1某 越 野 車 7 自 由 度 模 型圖 1觹 基 金 項 目 ：河北省教育廳指導(dǎo)項目 （z2010154）；河北師范大學(xué)青年基金 （l2008q17）。 30 汽 車 技 術(shù)·設(shè)計·計算·研究·不同行駛工況系統(tǒng)運動微分方程直線行駛工況下系統(tǒng)運動微分方程：m·x咬 +c· 觶 +k·x=kq·q其中，x=x1，x2，x3，x4，x5，x6t，q=q1，q2，q3，q4t，m=diag（mb，ir，ip，mu1，mu2，mur，iur）1.20.210.200.190.180.1

9、70.16（1）02 0004 0006 000式 中 ，m為 質(zhì) 量 矩 陣 ；c為 阻 尼 矩 陣 ；k為 剛 度 矩陣；kq為輸入系數(shù)矩陣。加 速 - 制動行駛工況下汽車俯仰是主 要 響 應(yīng) ，選取汽車俯仰力矩作為輸入?yún)?shù)，其微分方程為：前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（b）右 前 懸 架0.210.200.190.180.170.16m·x咬 +c· 觶 +k·x=f1（t）其中，f（t）=00mp（t）0000t式中，f1（t）為系統(tǒng)俯仰力矩輸入向量。轉(zhuǎn)向工況下汽車輸入簡化為由橫向加速度引起的側(cè)傾力矩輸入，其微分方程為：（2）02

10、0004 0006 000前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（c）左 后 懸 架0.210.200.190.180.170.16m·x咬 +c· 觶 +k·x=f2（t）其中，f2（t）=0mr（t）00000t式中，f2（t）為系統(tǒng)側(cè)傾力矩輸入向量。（3）電磁閥控制的阻尼可調(diào)減振器研制及試驗202 0004 0006 000前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（d）右 后 懸 架前懸架阻尼對懸架動撓度均方根值的影響 26242220181614為了獲得越野車原減振器的技術(shù)特點，利用 mat-lab 對原減振器的 3 種典型車

11、況進(jìn)行了仿真分析。圖 3典型工況仿真分析直線行駛工況中，車輛平順性評價指標(biāo)通常有：車身垂直振動加速度均方根值、 懸架動撓度均方根 值及輪胎相對動載荷均方根值。 選取車速為72 km/h，路面不平度系數(shù)為 16×10-5m2/m-1，后懸架阻尼=前懸2.102 0004 0006 000架阻尼-100 n·s/m，計算所得前懸架阻尼對車輛平前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（a）左 前 輪 胎順性的影響如圖 2圖 4 所示。8.07.57.06.56.05.55.04.52624222018161402 0004 0006 0004.0 02 0004 0

12、006 000前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（b）右 前 輪 胎前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1圖 2前懸架阻尼對車身垂直振動加速度均方根值的影響0.210.200.190.180.170.162624222018161402 0004 0006 00002 0004 0006 000前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（a）左 前 懸 架前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（c）左 后 輪 胎 31 2012 年 第 9 期垂 直 振 動 加 速 度 均 方 根 值/m·s-2動 撓 度 均 方 根

13、值/m動 撓 度 均 方 根 值/m動 撓 度 均 方 根 值/m動 撓 度 均 方 根 值/m輪 胎 相 對 動 載 荷 均 方 根 值輪 胎 相 對 動 載 荷 均 方 根 值輪 胎 相 對 動 載 荷 均 方 根 值·設(shè)計·計算·研究·電磁閥控制的阻尼可調(diào)減振器 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 及 試2.226242220181614驗研究2.2.1電磁閥控制的阻尼可調(diào)減振器結(jié)構(gòu)所設(shè)計的阻尼可調(diào)減振器結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。 該減振器在原前減振器基礎(chǔ)上2，在工作缸的伸張腔和壓縮腔表面上各開一直徑為 0.5 mm 的阻尼孔，同時在02 0004 0006 000工作缸與

14、儲油缸之間的中間缸上安裝一個電磁閥。 該電磁閥控制油液在工作缸與儲油缸之間流動，可實現(xiàn) 阻尼可調(diào)。前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1（d）右 后 輪 胎前懸架阻尼對輪胎相對動載荷均方根值的影響 圖 41817從圖 2 中可以看出，當(dāng)前懸架阻尼在 3 000 n·s/m附近時，車身垂直振動加速度均方根值最小，并且隨 前懸架阻尼再增大， 其變化不明顯。 從圖 3 可以看出，隨著前懸架阻尼的增加，懸架動撓度均方根值逐19202122121615漸減小。從圖 4 可以看出，隨著前懸架阻尼的增加，141312111098輪胎相對動載荷均方根值逐漸減小， 并且阻尼大于4 00

15、0 n·s/m 時，變化不再顯著。當(dāng)車速為 40 km/h、制動減速度為 0.75 g、后懸架3阻尼=前懸架阻尼-100 n·s/m 時，計算所得制動行駛工況下前懸架阻尼對俯仰角加速度均方根值的影響如圖 5 所示。 從圖 5 可以看出，車身俯仰角加速度均 方根值隨前懸架阻尼增加而減小。1.41.31.21.11.00.90.80.77454. 基 座 杯 5. 下 吊61. 儲 油 缸2. 工 作 缸 3. 電 磁 閥環(huán)6.儲 液 室 7.圓 臺8.壓 縮 閥 座 9.壓 縮 閥 總 成12. 活 塞 13. 流 通 閥 總 成16. 減 振 器 蓋 板 17. 封 板20

16、.油 封 21.油 封 墊 22.導(dǎo)10. 中 間 缸14. 旁 通 道18.上 吊 環(huán) 向 座11. 壓 縮 腔15. 伸 張 腔19.活 塞 桿圖 7電磁閥控制的阻尼可調(diào)減振器結(jié)構(gòu)示意 0.60電磁閥控制半主動懸架可調(diào)減振器 的 試 驗2.2.2研 究2 0004 0006 000前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1前懸架阻尼對俯仰角加速度均方根值的影響 圖 5電磁閥式兩態(tài)阻尼 可調(diào)減振器的臺架試驗 3，4在德國申克公司計算機控制 電液伺服激振臺上進(jìn) 行， 該試驗臺電液伺服激振系統(tǒng)工作原理如圖 8 所 示。激振器上裝有位移傳感器，龍門支架上方與減振當(dāng) 車 速 為 40 k

17、m/h、 轉(zhuǎn) 向 半 徑 為 20 m、轉(zhuǎn) 角 為20° 、 后 懸 架 阻 尼 = 前 懸 架 阻 尼 -100 n·s/m 時 ， 計 算所得轉(zhuǎn)向行駛工況下前懸架阻尼對側(cè)傾角加速度均方根值的影響如圖 6 所示。從圖 6 可以看出，車身側(cè) 傾角加速度均方根值隨前懸架阻尼增加而減小 。器上端連接處裝有力傳感器。力信號送入動態(tài)應(yīng)變儀 放 大 ，再 經(jīng) 過 a/d 轉(zhuǎn)換輸入計算機 ； 位 移 信 號 被送入控制柜進(jìn)行反饋控制。1.11.00.90.80.70.60.50.40.3圖 8德國申克公司的電液伺服激振系統(tǒng)工作原理 根據(jù) jb390185 的規(guī)定，測取減振器的示功特性采

18、用正弦激勵方式， 即活塞相對于工作缸作往復(fù) 諧波規(guī)律的運動。汽 車 技 術(shù)02 0004 0006 000前 懸 架 阻 尼/n·s·m-1前懸架阻尼對側(cè)傾角加速度均方根值的影響 圖 6 32 側(cè) 傾 角 加 速 度 均 方 根 值/rad·s-2俯 仰 角 加 速 度 均 方 根 值/rad·s-2輪 胎 相 對 動 載 荷 均 方 根 值準(zhǔn)0.5準(zhǔn)0.5準(zhǔn)0.5pdp-11/23微 機d/a 轉(zhuǎn) 換濾 波 器控 制 器作 動 器a/d 轉(zhuǎn) 換油 泵 源·設(shè)計·計算·研究·試驗中各參數(shù)為：s=smaxsint v

19、=smaxcost12 中可以看出 ，無論是壓縮行程還是 伸 張 行 程 ，隨著減振器活塞速度的增加，減振器阻尼力增加。（4）（5）43210-1硬 阻 尼 工 況軟 阻 尼 工 況式 中 ，s 為活塞運動行程 ；smax 為 活 塞 的 最 大 位 移 ；為活塞運動的角頻率 ；t 為 時 間 ；v 為 活 塞 與 工 作 缸 的相對速度。對原車配備減振器進(jìn)行臺架試驗，當(dāng)激振頻率為 1.67 hz 時，其示功圖如圖 9 所示。 對電磁閥控制的阻尼可調(diào)減振器進(jìn)行了臺架試驗， 當(dāng)激振頻率為1.67 hz 時 ，打開可調(diào)前減振器電 磁 閥 ，其 “軟 ”阻 尼 狀態(tài)下示功圖如圖 10 所示。 當(dāng)激振

20、頻率為 1.67 hz 時，關(guān)閉電磁閥，可調(diào)前減振器“硬”阻尼狀態(tài)下示功 圖如圖 11 所示。-2-2.0-1.001.02.0活 塞 速 度/m·s-1圖 12 減 振 器 軟 、硬阻尼工況下速度特性 圖 13 為原車前減振器速 度 特 性 曲 線 ， 從 圖 13 可以看出，當(dāng)活塞速度超過一定值之后，減振器阻尼 值增大不再明顯。復(fù) 原1.9691.4770.9850.4920-0.492-0.985復(fù) 原壓 縮21000.20.40.6壓 縮活 塞 速 度/m·s-1原車減振器速度特性曲線 圖 13-101.25 -81.00-60.75 -40.50-20.25020

21、.25在臺架試驗中 ，給定活塞速度為 0.52 m/s 時，打開和關(guān)閉可調(diào)前減振器電磁閥， 可得可調(diào)前懸架減 振器“軟”、“硬”試驗阻尼值見表 1 所列。活 塞 行 程/mm圖 9 原車配備減振器在 1.67 hz 下 示 功 圖復(fù) 原1.9691.4770.9850.4920-0.492表 1可 調(diào) 減 振 器 “軟 ”、“硬 ”阻 尼 試 驗 值n·s/m壓 縮-0.985-101.25 -81.00 -60.75 -40.50 -20.25活 塞 行 程/mm020.25結(jié)束語3圖 101.6111.2090.8060.4030-0.403可 調(diào) 減 振 器 1.67 hz 軟阻尼狀態(tài)下示功圖 在不同工況下對越野車原減振器進(jìn)行了仿真分析，得出原減振器阻尼特性。設(shè)計了電磁控制阻尼可復(fù) 原調(diào)減振器， 并對可調(diào)減振器進(jìn)行臺架試驗，結(jié)果表明 ，所設(shè)計電磁控制阻尼