车用阻尼四级可调减振器工作原理

郑坤

摘要：阻尼四级可调减振器利用油液流经不同空隙及阀系产生阻力来消耗汽车振动产生的能量。车轮与车身发生相对运动，活塞在工作缸筒内就上下移动，减振器壳体内的油液从一个腔室流至另一腔室，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦形成对振动的阻尼，车身和车架振动的机械能转化为热能被油液和减振器壳体吸收，扩散到大气中。

关键词：减震器;阻尼;机械能;热能

1. 阻尼四级可调减振器结构组成

阻尼四级可调减振器主要有两部分组成，即普通液压减振器本体和电磁铁控制式外部泄压筒。泄压筒内筒由上孔与本体复原腔室联通，外筒由下孔与本体的储油腔室联通，以此实现不同腔室之间的油液流通和交换。

1.1 阻尼四级可调减振器本体结构

减振器本体部分主要由活塞总成6（流通阀系和复原阀系）和底阀总成9（补偿阀系和压缩阀系）组成，如2.1所示。其中底阀9与工作缸2底端采用螺纹密封安装于工作缸最左侧，并且与油缸3之间采用密封圈与工作缸无杆腔8和储油腔10进行阻隔。活塞总成6通过导向带与工作缸2采用过渡配合，以满足活塞在工作缸中进行复原及压缩行程需要，活塞总成6左侧采用螺栓与活塞杆进行连接，按国家标准给定预紧力。浮动活塞11位于油缸3的最左侧，由于浮动活塞需随活塞杆做同向运动此处我们仍旧采用密封圈进行油液密封，浮动活塞11左侧为高压气室（约为1.1MPa），右侧为储油腔10。

1.2 外部泄压筒结构

外部泄压筒结构如图2-2所示，泄压筒通过连接体与减振器本体相连，由油孔A和B实现高压腔与低压腔的油液流通。

外部泄压通道两端由电磁铁1进行密封，活动帽2和支撑架3之间采用间隙滑道配合，阻尼调节阀芯与本体活塞阀系类似，同是采用双向流通阻尼调节活塞，根据对压缩及复原阻尼调节力度不同分为上阀和下阀，其中上阀对压缩阻尼力调节明显，下阀对复原阻尼力调节明显。通过两端电磁铁通电情况的不同实现上阀和下阀的不同开合达到阻尼力的四级调节。

2. 阻尼四级可调减振器工作原理

阻尼四级可调减振器的阻尼产生机理与普通液压减振器类似，都是利用油液流经不同空隙及阀系产生阻力来消耗汽车振动产生的能量。当车轮与车身发生相对运动时，活塞在工作缸筒内就上下移动，减振器壳体内的油液便反复地从一个腔室通过一些窄小的孔隙流至另一腔室，此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦便形成对振动的阻尼，使车身和车架振动的机械能转化为热能而被油液和减振器壳体吸收，最后散到大气中去[1]。减振器的阻尼力大小随车轮与车身相对运动速度的增减而增减。

减振器的四级调节机理是根据电磁铁的不同通电状态产生不同的阻尼效果，并且内外筒的泄压通道主要由节流阀芯控制节流面积的大小，其组成形式与减振器本体内活塞杆活塞组成结构相似，均采用双向通流弹性阀片式活塞组成。

根据四级可调减振器电磁铁通电状态的不同可将此类减振器分为四种不同阻尼系数的工作模式：a、软压缩，软回弹;b、软压缩，硬回弹;c、硬压缩，软回弹;d、硬压缩，硬回弹。

不论何种类型的减振器都分为主要的两个工作行程：复原行程和压缩行程

2.1 复原行程工作原理

当汽车驶进凹坑或驶离凸起路况时，减振器处于复原行程。

减振器处于复原行程，复原腔为高压腔室，压缩腔及储油腔为低压腔室，油液由高压腔室经节流通道及节流孔流至低压腔室产生复原阻尼力。改变电磁铁的通电状态来改变油液的流通通道，具体如下：

a、软压缩，软复原：电磁铁1和2同时通电，上阀和下阀打开，减振阻尼系数最小，油液经不同的通道流至其他腔室，1、低速状态时油液由复原腔通过本体活塞上的常通节流孔流至压缩腔，复原腔室的压力升高，油液冲开活塞总成复原阀系流至压缩腔;2、电磁铁1和2通电泄压筒通道开启，油液以较小的压力差冲开泄压筒的阻尼阀片，经孔A流至内筒穿过活动帽由外筒流至本体储油腔室;3、随着活塞杆不断移出本体，压缩腔产生负压，储油腔的油液经底阀总成上的补偿阀流至压缩腔，保证压缩行程不会产生畸变[2]。

b、硬压缩，软复原：当电磁铁2通电而1未通电时，下阀处于开启状态而上阀关闭，此时减振器的压缩阻尼较大，为汽车提供较好的操纵性，油液同样也是通过不同的泄压通道在不同的腔室流通，1、减振器处于低速运行时油液可由活塞总成上的常通节流孔流至压缩腔，随着减振器运行速度的增加，复原腔室的油液压力升高，油液冲开复原阀系流至压缩腔，为高速行驶的汽车提供阻尼力;2、由于只有电磁铁2通电，所以下阀通道保持畅通，油液由复原腔经泄压内筒通过冲开复原阻尼调节活塞上的阀系流至外筒到达储油腔;3、随着活塞行程的不断增大，活塞杆不断移出工作缸筒，使压缩腔产生负压，油液经底阀总成的补偿阀系流至压缩腔。

c、硬压缩，硬复原：当电磁铁1和2都未通电时，上阀和下阀同时处于关闭状态，减振器极限工作状态，复原和压缩产生较大的阻尼系数，此种工作状态是在忽略汽车乘坐舒适性为前提下完成的，油液的主要流通路径发生相对变化，1、减振器处于低速运行时油液可由活塞总成上的常通节流孔流至压缩腔，随着减振器运行速度的增加，复原腔室的油液压力也随之升高，油液冲开活塞总成的复原阀系流至压缩腔，为汽车提供减振阻尼力[3];2、由于电磁铁1和2都未通电，所以外部泄压通道中仅有少量油液通过活动帽的空隙流过，此部分油液产生的阻尼力与本体相对而言较小，可忽略此部分;3、随着活塞杆的不断移出工作缸筒，使压缩腔产生负压，油液经底阀总成的补偿阀系流至压缩腔。

3. 阻尼四级可调减振器工作特性

减振器的工作特性主要由其阻尼特性体现的，其中减振器阻尼特性是根据减振器阻尼力与活塞运动速度这些参数确定的，其阻尼特性一般由示功图曲线与速度特性曲线组成。其示功图曲线是由减振器阻尼力与活塞相对运动行程之间的关系，示功图所形成的图形面积反映了减振器在工作中消耗的能量多少[4]。速度特性曲线是由各个速度与其相对应的阻尼力拟合成的一条特性示意线，其曲线斜率表示减振器在不同速度段的增长率，整体曲线表示了减振器消耗能量的效率大小。在实际生产中试验测试的主要就是指减振器的工作特性即外阻尼特性。不同车型的减振器所产生的示功图形状及速度特性图曲线斜率不尽相同。

参考文献：

[1]江浩斌. 充气式可调阻尼减振器阻尼特性模型研究与仿真系统设计[D]. 镇江：江苏大学，2007.

[2] 徐中明，李仕生，张志飞，等. 基于MATLAB/Simulink的汽车减振器外特性仿真与性能分析[J]. 汽车工程.2011，（4）：329～334.

[3] 马天飞，崔泽飞，张敏敏. 基于AMESim双筒叠加阀片式充气减振器建模与仿真[J]. 机械工程学报.2013，（12）：123～130.

[4] 段敏，蒋东升，王庚封. 基于混合工作模式的磁流变减振器工作性能仿真[J]. 辽宁工业大学学报自然科学版.2012，（1）：35～37.

（柳州鐵道职业技术学院，广西 柳州 545616）