車(chē)輛振動(dòng)學(xué)的思考（五）

2017-02-15 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

作者:偶然

題外話(huà):

夏天來(lái)了,百花盛開(kāi),白的,黃的,粉的,藍(lán)的,紫的,空氣里彌漫著濃郁的花香。前幾日,早晚涼,中午熱,是典型的暮春初夏的天氣,地上的草,樹(shù)的葉,都使勁的瘋長(zhǎng)。轉(zhuǎn)眼前,天氣又急轉(zhuǎn)直下,小雨淅淅瀝瀝的下了兩天,雨水如銀針一樣細(xì)細(xì)的落下,空氣中形成了一層薄薄的霧氣,微涼帶暖的氣息里,殘留著春的味道。雨水順著樹(shù)葉往下滴,滿(mǎn)眼的綠,那綠色仿佛要通過(guò)雨滴從葉尖上流下來(lái),讓人感受到了生機(jī)勃勃的力量。走在前進(jìn)的路上,珍惜每一次花開(kāi),笑對(duì)每一次花落,刪繁就簡(jiǎn),安然生活,向前走,相信夢(mèng)想并堅(jiān)持付出努力。

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工作中,除了教學(xué)基本工作的熟悉,我努力在企業(yè)中探索著科研的方向和落腳點(diǎn)。辛苦的尋找過(guò)程中,越來(lái)越多的研究點(diǎn)浮現(xiàn),也越來(lái)越感覺(jué)到了自身的狹隘與局限性,還需要加倍的努力學(xué)習(xí)。雖然不知道將來(lái)的結(jié)果如何,但在解決問(wèn)題的過(guò)程中,我在前進(jìn)著、成長(zhǎng)著。繼續(xù)整理車(chē)輛振動(dòng)學(xué)的一些思考。從前面的內(nèi)容中,分析了車(chē)輛懸架的基本分類(lèi)。但在所有的懸架中,都有阻尼元件和剛度元件。這次先簡(jiǎn)單介紹一下,阻尼元件——減振器。

最早的減振器出現(xiàn)于二十世紀(jì)初,經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的變革,在演變中大致出現(xiàn)了以下幾種典型結(jié)構(gòu)的減振器:干式摩擦減振器,葉片式液壓減振器,搖臂式減振器,筒式液壓減振器,螺旋彈簧減振器,自適應(yīng)減振器,油氣彈簧減振器,空氣彈簧減振器,電、磁流變減振器,電磁閥控制減振器,步進(jìn)電機(jī)控制減振器,饋能式減振器等。目前車(chē)輛應(yīng)用最廣泛的減振元件是筒式液壓減振器,其阻尼力是減振器專(zhuān)用油液流過(guò)不同大小的節(jié)流孔及閥控制間隙的節(jié)流作用而產(chǎn)生,其動(dòng)態(tài)的阻尼特性對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能具有重要影響。

(一)普通減振器

筒式液壓減振器按照不同的劃分形式可以分成不同的種類(lèi)。按照結(jié)構(gòu)可分為雙筒式和單筒式結(jié)構(gòu),按照是否充入一定氣壓的氮?dú)饪蔀榉殖錃馐綔p振器和非充氣式減振器。

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圖1

圖1(a)所示為單筒式充氣減振器,其工作缸內(nèi)充入壓力不低于2.5MPa的氮?dú)庖詼p少減振器的特性畸變,通過(guò)浮動(dòng)活塞將氣體與減振器油液分隔。這種減振器對(duì)密封性要求較高,制造成本高,對(duì)高頻小幅振動(dòng)有效好的減振效果。

圖1(b)所示為普通的雙筒式油液減振器。

圖1(c)為充氣雙筒式減振器,其中的藍(lán)色部分為約0.4~0.6Mpa的低壓氣體,可以保證減振器內(nèi)部不產(chǎn)生真空而使其動(dòng)力學(xué)發(fā)生畸變,防止減振器油液在工作過(guò)程中汽化。

油液減振器還可與彈性元件做成一體式的結(jié)構(gòu),有的是螺旋彈簧做成一體,如圖2(a)所示;有的是與空氣彈簧做成一體,如圖2(b) 所示。

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圖2

因?yàn)槿梭w在懸架低頻段時(shí)感覺(jué)較舒適,鋼板彈簧的自然頻率為1.8-3 Hz,空氣彈簧的自然頻率為1.0-1.4Hz,所以在駕駛室上(尤其是在中型和重型車(chē)輛)安裝與空氣彈簧一體的減振器較螺旋彈簧一體減振器更加舒適。

(二)可調(diào)阻尼減振器

按照減振器的阻尼特性是否能夠根據(jù)車(chē)輛的行駛工況進(jìn)行調(diào)節(jié),可分為不可調(diào)阻尼減振器和可調(diào)阻尼減振器。在半主動(dòng)懸架的研究中,可調(diào)阻尼減振器是研究熱點(diǎn)之一?？烧{(diào)阻尼減振器根據(jù)阻尼產(chǎn)生的機(jī)理可以將減振器分為三類(lèi):干式固體磨擦可調(diào)減振器,流體粘性可調(diào)減振器和流體動(dòng)力摩擦可調(diào)減振器。

1 干式固體磨擦減振器

干式固體摩擦減振器是采用兩個(gè)摩擦元件之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)阻尼作用。1998年,英國(guó)C.W.Stammers設(shè)計(jì)了一款采用調(diào)節(jié)摩擦力大小改變阻尼力的減振器。當(dāng)車(chē)體與車(chē)輪相對(duì)速度比較低時(shí),該減振器仍能產(chǎn)生阻尼力,其工作原理如圖3(a)所示。2004年,英國(guó)Emanuele Guglielmino 設(shè)計(jì)了一種可變結(jié)構(gòu)控制器,結(jié)構(gòu)示意如圖3(b)所示,該減振器通過(guò)控制摩擦力的大小而實(shí)現(xiàn)阻尼力可調(diào)。

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圖3 干摩擦式減振器

干式固體摩擦減振器在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出來(lái)的主要矛盾是在能量消耗和帶寬之間的平衡,以及材料的磨損問(wèn)題。

針對(duì)于摩擦材料的磨損,開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制策略,摩擦力的控制規(guī)律等問(wèn)題需進(jìn)一步的研究。此類(lèi)型減振器常常應(yīng)用于建筑、橋梁、地震等結(jié)構(gòu)的減振中。

2 流體粘性摩擦減振器(電、磁流變減振器)

電、磁流變減振器是通過(guò)調(diào)節(jié)減振器內(nèi)部電場(chǎng)電流或電壓的大小,實(shí)現(xiàn)電、磁流變液的粘度的變化,從而調(diào)節(jié)減振器的阻尼特性。

南韓Seung-Bok Choi 設(shè)計(jì)了兩款電流變減振器:圓柱型電流變減振器和節(jié)流孔型電流變減振器。其結(jié)構(gòu)示意圖與阻尼特性如圖4所示。較多學(xué)者對(duì)電流變減振器采用的模糊控制,滑模控制,H∞控制,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等策略的影響進(jìn)行了研究。

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圖4

電流變液減振器需要的電壓較高,單位在每毫米千伏特,且與其它電器元件有交互作用。電流變液的穩(wěn)定性低且工作溫度范圍較低,其控制策略需進(jìn)一步完善。

W.Winslow和Rabinow在1948年發(fā)明了磁流變液體及其應(yīng)用裝置。外加磁場(chǎng)的改變可以調(diào)節(jié)磁流變液的流變特性(如油液的粘度及塑性等)。通磁場(chǎng)后,減振器的阻尼變大,響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí),阻尼力可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),當(dāng)減小其磁場(chǎng)大小時(shí),減振器的阻尼可以隨之變小。兩個(gè)過(guò)程是可互逆的,該減振器內(nèi)部的磁流變液的變化示意如圖5(a)所示。磁流變減振器的結(jié)構(gòu)如圖5(b)所示,其阻尼特性隨磁流變化而變化的規(guī)律如圖5(c)所示。

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圖 6 磁流變減振器及其阻尼特性

有關(guān)磁流變減振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、阻尼特性、數(shù)學(xué)模型、控制策略、控制器、與不同彈性元件的匹配性能及其對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的影響等已經(jīng)逐漸成為可調(diào)阻尼減振器的研究熱點(diǎn)之一。

有關(guān)可調(diào)阻尼減振器還有其它一些結(jié)構(gòu),敬請(qǐng)期待下一期內(nèi)容。

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