【正文】 現(xiàn)車身的高度調(diào)節(jié)、實現(xiàn)剛性懸架功能等等。為了能對油氣懸架的性能進行描述和評價，需要把油氣懸架抽象、簡化成物理模型，然后根據(jù)物理模型， 應(yīng)用 剛體力學(xué)理論．建立油氣懸架的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。建立符合懸架系統(tǒng)實際，便于分析、計算的數(shù)學(xué)模型一直是國內(nèi)外車輛動力學(xué)研究的主要方法和重要課題，也是油氣懸架系統(tǒng)動力學(xué)研究 。把 油氣懸架的阻尼孔簡化為一固定節(jié)流孔，把鋼球開啟、閉合的結(jié)構(gòu)簡化為一 單向閥。 1 活塞桿 2 缸筒 3 單向閥 4 阻尼孔 5 活塞 6 浮動活塞 圖 4 油氣懸架物理模型 2. 圖中符號含義 P1， A1， V1 I 腔油液壓力、截面積和容積 P2， A2， V2 II 腔油液壓力、截面積和容積 P， A， V 蓄能器氣體壓力、氣體容積 Q1 流經(jīng)單向閥和阻尼孔的流量 A01 阻尼孔面積 A02 單向閥有效過流面積 x， v 懸架缸位移、速度 F 懸架缸活塞桿輸出力，拉力為正，壓力為負 油氣懸架在外部信號激勵下，活塞組件和缸筒之間要產(chǎn)生相對運動 ，假設(shè)活塞桿固定不動，只是缸筒相對于活塞運 動。 油氣懸架活塞桿的輸出力方程 ： 1122 APAPF ???? （ 1） 式中： F 油氣懸架活塞桿輸出力 1P I 腔油液壓力 2P II 腔油液壓力 1A I 腔截面積 2A II 腔截面積 根據(jù)節(jié)流小孔理論 ， 流經(jīng)阻尼孔和單向閥的節(jié)流孔流量方程 ： )(}))](2121([CQρ{210201d112 vs ig nvs ig nAAPP ????? （ 2） ρ 油液密度 01A 阻尼孔面積 02A 單向閥有效過流面積 dC 流量系數(shù) v 缸簡相對于活塞的輸入速度 1Q 通過阻尼孔和單向闊的流量，且 1Q 由下式表示 ： vA?? 21Q （ 3） 蓄能器內(nèi)氣體狀態(tài)方程： rssr VPVP ??? （ 4） 令活塞從靜平衡位置向上移動距離 x，蓄能器內(nèi)氣體體積為： V= Vs+ xΔA ? （ 5） 3. 流量系數(shù) dC 的確定 按照圖 4 所示的物理模型， II 腔與 III 腔之間的節(jié)流孔通常是直徑為 d 的小孔，如下圖 5 所示： 圖 5 短管型節(jié)流孔 考慮活塞桿的強度和穩(wěn)定性剛度，其壁厚需要一定的厚度；為了工藝簡單，通常采用直通孔作為節(jié)流孔。節(jié)流孔長細比 L／ d0． 5，稱為薄壁節(jié)流小孔；長細比 L／ d4，稱為細長節(jié)流小孔；介于薄壁節(jié)流小孔和細長節(jié)流小孔之間的節(jié)流孔稱為短孔 （ L／ d4)。液體經(jīng)過短孔的流量系數(shù) dC 不能套用薄壁小孔的平均流量系數(shù)，而是需要根據(jù)短孔的 情況確定。 液體在 節(jié)流孔內(nèi)的流動分為層流和紊流。一般來說， eR 2300 為層流， eR 2300 則為紊流。流量系數(shù) dC 的取值范圍一般在 0． 60— 0． 816 之間。需要進行詳細計算時，可用經(jīng)驗公式 (6)和 (7)直接計算。對理想氣體，氣體多變指數(shù) r 在等溫過程時 r=l，絕熱過程時r=。 通過 對隨時間和溫度的油氣懸架系統(tǒng)進行了理論研究和試驗研究。研究結(jié)果表明，蓄能器內(nèi)氣體的壓縮量最大可達到 20％。 5. 油氣懸架性能的計算機仿真 公式 (1)~(5)建立了描述油氣懸架性能的復(fù)雜非線性數(shù)學(xué)模型。依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，借助于現(xiàn)代的計算機技術(shù)，編制計算機程序進行仿真 ， 求得其數(shù)字解是目前常用的方法之一。所編制的計算機仿真程序和仿真結(jié)果的正確性，還需經(jīng)過試驗驗證和實踐的檢驗。仿真不受試驗條件限制，可以進行試驗中不易實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)驗證?？s短試驗過程時 間 。本文所采 用的仿真軟件／ Simulink3． 0 版本包含有控制系統(tǒng)工具箱 (Control SystemsToolbox)、優(yōu)化工具箱 (Optimization Toolbox)、信號處理工具箱 (Signs]Processing Toolbox)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱(Neural Network Toolbox)等。軟件編程及運行均基于 WINDOWS 環(huán)境。在 MATLAB 環(huán)境下，用戶只需輸入待仿真油氣懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸、信號的頻率、位移或速度的幅值。 在 modle 1 中，不論是節(jié)流孔還是單向閥，其流量系數(shù)均按 q= 計算 ， 氣體狀態(tài)方程的指數(shù) r 按絕熱狀態(tài)取為 。 用油氣懸架的位移特性和速度特性曲線圖，即油氣懸架 活塞 桿輸出力與相對應(yīng)的激勵信號的位移及速度之問的關(guān)系曲線圖表示油氣懸架的性能 。同時以 I 腔、 II 腔壓力、蓄能器內(nèi)氣體壓力等中間值輸出，以便與試驗測試值對比，有利于確定正確的試驗數(shù) 據(jù)，對試驗有指導(dǎo)作用。研究的目標是創(chuàng)造一個可以準確地預(yù)測阻尼力的減振器模型來作為 學(xué)生 型方程式賽車 團隊的 一個設(shè)計工具。 這個模型考慮到了減振器中每一個單獨的流通路徑，并且建立了對每一個流通路徑的流通阻力模型。這些方程產(chǎn)生一個可以用牛頓的迭代方法求解的非線性方程組。應(yīng)用一個震動測力計使模型與真實的減振器數(shù)據(jù)聯(lián)系起來以驗證準確性。 一、 減振器功能特性 要理解減振器的工作過程第一步是要弄清楚減振器的各個組成部件是如何相互作用產(chǎn)生阻尼力的。減振器的參數(shù)特性通常由力 速度和力 位移曲線給出。 有許多類型的汽車懸架減振器，其作用通常是用來緩和沖擊。眾所周知，一個彈簧振子系統(tǒng)在沒有能量耗散時會做永久的簡諧振動，其中彈簧與振子的勢能與動能分別地相互轉(zhuǎn)化。減振器的功能就是消除系統(tǒng)動能并將其轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在這篇論文的 目的中，單筒的不帶蓄能器的減振器將被用于實驗。有的減振器裝配后仍可以被調(diào)節(jié)。相反地，在賽車中使用的減振器通常有一定程度的可調(diào)節(jié)性。 圖 1 單筒減振器的組成 圖 1 顯示了單筒減振器的主要組成元件，外部可調(diào)減振器。減振器的外罩包含了所有的內(nèi)部元件。氣室與壓縮腔通過一個浮動活塞分開。減振器中應(yīng)用最多的氣體是氮氣，因為其不與油液發(fā)生反應(yīng)。 壓縮腔是位于浮動活塞與連桿活塞之間的那一部分體積。壓縮腔與復(fù)原腔完全地被油液充滿，在這里應(yīng)用的是典型的是 5W 重的油液。桿密封裝置同時阻止灰塵和其他污染物進入復(fù)原腔 影響內(nèi)部油液的流動。這個密封裝置將壓縮腔與復(fù)原腔分隔開來。在未對減振器施加彎曲應(yīng)力時，它們允許一定的裝配誤差。 減振器有兩個典型的工作行程：壓縮行程與復(fù)原行程。圖 2 所示的是壓縮行程模型。由于油液具有很強的不可壓縮性，活塞桿進入復(fù)原腔，復(fù)原腔和壓縮腔中油液和活塞桿的體積之和必然增大。單筒減振器同時具有壓縮氣室以保持一個提升的油液壓力的優(yōu)點，這可以幫助阻止油液空穴的形成。這個小的壓力改變意味著一個幾乎相同的壓力施加在壓縮腔力的液壓油液上。 氣室中的壓力顯示出一個氣體彈簧效果。氣體彈簧效果是與活塞速度無關(guān)的，但與位移十分相關(guān)，并與加速度有微弱的關(guān)聯(lián)。 壓縮行程中總的流量是三個流通路徑的綜合。復(fù)原腔中的壓力用 Pr 表示，壓縮腔中的壓力用 Pc 表示。流通路徑和各腔壓力在圖 2 中顯示并在下面解釋。常通孔流通路徑開始于壓縮腔活塞桿的終點處，結(jié)束于復(fù)原腔活塞一面的活塞桿處。針閥可以通過圖 1 所示的常通孔調(diào)節(jié)器旋入或旋出。改變針閥的幾何形狀或尺寸也可以改變常通孔的流量。 第二條流通路徑是活塞孔流通路徑?；钊琢魍窂接蓧嚎s閥片或閥片組控制。復(fù)原閥中的孔取消了在活塞中開一個流通路徑的必要 ，并且這是一個允許閥流通的簡單的方式，降低了活塞制造的復(fù)雜性。不同的壓力引起不同的閥片變形。速度增大，閥片變形增大，從而液流流通面積增大。 第三條流通路徑是在活塞與套筒內(nèi)壁之間密封裝置的泄露。長時間的使用會使密封裝置退化，增大泄露流通量，并且降低減振器的阻尼力。 復(fù)原行程流通圖 圖 3 所示的是復(fù)原行程工作過程。壓縮腔和復(fù)原腔中油液和活塞桿的體積之和因為活塞桿的撤出而減小，氣室中的氣體擴張。前面討論的所有的閥，常通孔和泄露孔仍然存在，只是方向與原來相反。所有的由常通孔引起的低速阻尼屬性都可以有壓縮行程移 植到復(fù)原行程。復(fù)原行程的壓力關(guān)系是 PrPvPc。如前所述，復(fù)原速度的增大將會導(dǎo)致閥片變形和液流面積的增大。只有方向復(fù)原行程與壓縮行程是相反的。減振器具有不同的位移，速度和加速度。這些都將成為建 立減振器工作模型的基礎(chǔ)。為了評估減振器的工作狀況，在減振器測力計上測試成為一種規(guī)范。這種減振器測力計是施加一個按正弦規(guī)律變化的位移。位移的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)分別是速度和加速度。圖 4 至 6 顯示了基本的 FV圖像與相應(yīng)的運動曲線。這有時候被稱作連續(xù)的速度輸出特性（ CVP）。壓縮行程中速度是負的，而復(fù)原行程中，減振器度增大，速度是正的。習慣上使用的是 Roehrig 測試測力計，在這篇報告中將會始終使用到它。復(fù)原力是負的，壓縮力為正。這是由于減振器的滯后效果造成的。也就是說，當減振器加速和減速時其產(chǎn)生不同力是不同的。然而，這種效果并不是傳統(tǒng)的科學(xué)文獻中定義的滯后性。 圖 46 上還有標記有 14 的點。點 1 是循環(huán)的開始。從點 1 至點 2 減振器速率不斷增大，進行的是壓縮行程。這通常對應(yīng)于壓縮行程中力的峰值。從點 2 至點 3，速率開始下降。這時的位移達到負的最大值，這意味著減振器被充分壓縮，速度降至零。在點 4，復(fù)原行程的力達到峰值，位移再次變?yōu)榱?，所以減振器擴張至復(fù)原行程的一半。在點 1，減振器回到完全張 開狀態(tài)，速度減為零。因此，這個力在速度為零時其值也為零。圖 7 顯示了典型的 FD曲線。 圖 7 全過程力 位移特性 FD 圖像使用慣用的力符號，壓縮時為正，復(fù)原時為負。在 FV 圖像中同樣的滯后作用是產(chǎn)生這種不對稱性的原因。一個理想線性彈簧在 FD 圖像中產(chǎn)生的剛度 K 是一條傾斜直線。一個理想的線性阻尼器在 FV 圖像中會產(chǎn)生一條傾斜的剛度直線，在FD 圖像中是一個橢圓。 二、文獻回顧 進行文獻回顧有兩個主要目的：第一個目的是通過研究減振器功能的參數(shù)化模型的發(fā)展過程，對單獨的內(nèi)部元件和內(nèi)部液流在過去如何被參數(shù)化獲得一個更好的理解。理解產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因和如何使之最小化在減振器設(shè)計中具有起決定作用的重要性。 三、減振器規(guī)格 這項研究中所使用的減振器是 Tanne 賽車產(chǎn)品中的一個 Tanner 外部可調(diào)減振器 Gen 2。 Tanner Gen 2 的最初用途是四分之一微型車競賽中，但是它的尺寸，價格和可用的阻尼力范圍使其也可以應(yīng)用在 學(xué)生 型方程式賽車 中。圖 8 顯示了一個 Tanner Gen 2 減振器的三維模型。減振器行程大約是 3 英尺。端蓋上面有螺紋可以拆除從而使得拆裝容易?；钊怯蓹C械鋁制成的，并且具有 6 個液流孔。 圖 9 Tanner Gen 2 鋁質(zhì)活塞 活塞液流孔具有 ，用來將活塞裝配到活塞桿上的孔直徑是 。這種活塞設(shè)計比起Ohlins 和 brand 牌的減振器復(fù)雜性要小很多，并且這種簡單的設(shè)計生產(chǎn)起來要便宜許多。在沒有任何閥片時， 6 個孔在壓縮和復(fù)原行程都允許液流通過。如圖 10 所示 . 圖 10 Tanner Racing G2 的一套碳纖維閥片組 Tanner 賽車上的一套閥片組包含碳纖維閥片。閥片有孔的位置與活塞上可以用來在壓縮行程與復(fù)原行程中開通一條液流通路的孔是一致的。閥片的排列可以為 Tanner Gen 2 減振器創(chuàng)造無窮的可能。 用來調(diào)節(jié)常通孔的有螺紋的針閥可以旋轉(zhuǎn) 圈。調(diào)節(jié)器旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)越大，常通孔開度越大。 減振器油液用的是 Tanner Tuned 振動油。 英語原文 DEVELOPMENT AND EXPERIMENTAL VERIFICATION OF A PARAMETRIC MODEL OF AN AUTOMOTIVE DAMPER A Thesis by KIRK SHAWN RHOADES ABSTRACT This thesis describes the implementation of a parametric model of an automotive damper. The goal of this research was to cr