車輛振動學(xué)的思考（五）

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

作者:偶然

題外話:

夏天來了,百花盛開,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,樹的葉,都使勁的瘋長。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。雨水順著樹葉往下滴,滿眼的綠,那綠色仿佛要通過雨滴從葉尖上流下來,讓人感受到了生機勃勃的力量。走在前進的路上,珍惜每一次花開,笑對每一次花落,刪繁就簡,安然生活,向前走,相信夢想并堅持付出努力。

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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。辛苦的尋找過程中,越來越多的研究點浮現(xiàn),也越來越感覺到了自身的狹隘與局限性,還需要加倍的努力學(xué)習(xí)。雖然不知道將來的結(jié)果如何,但在解決問題的過程中,我在前進著、成長著。繼續(xù)整理車輛振動學(xué)的一些思考。從前面的內(nèi)容中,分析了車輛懸架的基本分類。但在所有的懸架中,都有阻尼元件和剛度元件。這次先簡單介紹一下,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,步進電機控制減振器,饋能式減振器等。目前車輛應(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用油液流過不同大小的節(jié)流孔及閥控制間隙的節(jié)流作用而產(chǎn)生,其動態(tài)的阻尼特性對車輛動力學(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。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氣可為分充氣式減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的氮氣以減少減振器的特性畸變,通過浮動活塞將氣體與減振器油液分隔。這種減振器對密封性要求較高,制造成本高,對高頻小幅振動有效好的減振效果。

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)生真空而使其動力學(xué)發(fā)生畸變,防止減振器油液在工作過程中汽化。

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

因為人體在懸架低頻段時感覺較舒適,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)車輛的行駛工況進行調(diào)節(jié),可分為不可調(diào)阻尼減振器和可調(diào)阻尼減振器。在半主動懸架的研究中,可調(diào)阻尼減振器是研究熱點之一?？烧{(diào)阻尼減振器根據(jù)阻尼產(chǎn)生的機理可以將減振器分為三類: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摩擦元件之間的摩擦力實現(xiàn)阻尼作用。1998年,英國C.W.Stammers設(shè)計了一款采用調(diào)節(jié)摩擦力大小改變阻尼力的減振器。當(dāng)車體與車輪相對速度比較低時,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Emanuele Guglielmino 設(shè)計了一種可變結(jié)構(gòu)控制器,結(jié)構(gòu)示意如圖3(b)所示,該減振器通過控制摩擦力的大小而實現(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驗中表現(xiàn)出來的主要矛盾是在能量消耗和帶寬之間的平衡,以及材料的磨損問題。

針對于摩擦材料的磨損,開環(huán)或閉環(huán)控制策略,摩擦力的控制規(guī)律等問題需進一步的研究。此類型減振器常常應(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調(diào)節(jié)減振器內(nèi)部電場電流或電壓的大小,實現(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)。通磁場后,減振器的阻尼變大,響應(yīng)時間為毫秒級,阻尼力可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié),當(dāng)減小其磁場大小時,減振器的阻尼可以隨之變小。兩個過程是可互逆的,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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