漫谈减震器的性能

1漫谈减震器的一些性能一如何评价减震器的品质一辆行驶在凹凸不平路面上的汽车，如果悬架系统只装备有弹簧（螺旋弹簧、钢板弹簧或空气弹簧）来缓冲路面冲击，由于弹簧不能马上稳定下来，它会持续地压缩和回弹，使得汽车像一匹脱缰的野马上下颠簸不息，大大地降低了汽车平顺性和乘坐舒适性。因此，需要一个能有效地吸收（衰减）汽车振动能量的装置而不会明显地对振动频率（偏频）产生影响，减震器就应运而生了。减震器的英文名字 Shock absorber 更能确切地描述其含义即“振动吸收器” 。正确地了解和应用汽车减振器性能，对于悬架设计师而言是非常重要的。评价减震器质量是否优良要从两个方面入手：1. 制造质量：是指减震器本身的品质如何，即它的可靠性、耐久性、漏油、异响、和制造质量的一致性等方面的表现。2匹配质量：是指减震器与整车平顺性、操稳性匹配后的表现如何。换句话说，一副优良的减震器装在 A 车上，它对整车性能表现的非常优异，但不等于说将它装在 B 车上后仍然表现精彩。个中原因就是它与整车匹配是否合理的问题。众所周知，一辆性能优良的跑车，其减震器阻尼特性是随路面状况的变化而随时调整的（手动或自动调节） 。在坏路面上行驶时阻尼要大些而在好路面上行驶时则要弱些。对于同一辆车尚需如此，更何况对于两辆具有不同参数的汽车来说更应如此。譬如由于它们的簧上质量、偏频（悬架刚度）的差异而不得不重新调整减震器的阻尼特性和示功图以获取理想的相对 阻尼系数 值： Km2 减震器阻尼系数 N.s/mmK 悬架刚度 N/mmm 簧上质量 kg.s2/9800mm通常要将减震器与整车匹配到什么程度才叫好呢？正确的回答是要使悬架（前或后）的相对阻尼系数在 =0.3-0.55 范围内为佳。大于此数值时，悬架就可能将道路上的冲击波直接通过减震器传递给车身，令乘客直接感受到“车轮就在脚底下振动”的感觉，并误认为悬架很“硬” ，而实际上弹簧很软。减震器的性能常用 阻力位移、阻力速度特性来描述。前者称为“示功图” ，后者称为“速度特性图” 。 减震器阻尼系数的物理意义是：悬架在自由振动的条件下，如果减震器活塞速度 V 与阻力 F 之间的特性关系是线性的，换句话说是直线关系，即F= V 是该直线的比例常数，即斜率。如果减震器速度特性是非线性的即曲线关系，则2F=v i减震器阻尼系数 仍然代表曲线的斜率。在悬架小幅度振动范围内，速度特性可视为线性的关系。这样一来指数 i 在减震器卸荷阀打开时 i =1 此时称为线性阻尼特性，请看图 1、2 。图 1. 速度特性图 2 示功图以上所述仅仅是针对减震器本身而言的，但是上述“悬架很硬”的感觉（事实上悬架很软）还可以从振动理论上来解释清楚，请看图 3。3图 3Q 路面输入振幅值X 车身响应振幅值频率比 汽 车 簧 上 质 量 固 有 频 率路 面 输 入 振 动 频 率0 悬架相对阻尼系数幅频特性曲线分成三个区域来讨论：1) 低频区 ：0 0.75 , 区内振幅比 |X/Q|稍微大于 1，即输出幅值略大于输入幅值，其相位差接近零。2) 共振区：0.75 2 , 当 接近 1 时, 区内振幅比 |X/Q|急速增大出现峰值，即输出幅值被急剧放大而远远大于输入幅值，当 =1 时,如果系统不存在阻尼力时，则输出振幅值将变成无穷大，在此区域内的情况称为“共振” 。例如汽车在“搓板路”上行驶时，在某个车速下，汽车固有频率与路面输入频率吻合后产生共振，此时，剧烈的振动迫使司机不得不减速或超速（大多数司机不会选择）行驶。3) 高频区：2，不论相对阻尼系数 多大，振幅比（传递率） |X/Q|值都小于 1，系统起减振作用。4） “锁死“现象：当相对阻尼系数 值大到一定程度并接近 1 时，则振动消逝，出现系统被“锁死“现象。例如汽车减震器的阻尼力值必须适当，太小则不能衰减共振振幅，太大则悬架被“锁死” ，路面振动可直接经减震器传递给车身，大大地影响乘座舒适性。4二匹配减震器的时的特例根据以上所述，我们已经正确地选取了悬架相对阻尼系数 值，同时减震器也具有良好的示功图形和速度特性，但是在悬架设计过程中，我们还会碰到一些特殊问题，譬如：与常规阻力要求相反的压缩阻力大于拉伸阻力的情况；为改善漏油情况需要降低油缸内工作压力的情况等等。1. 压缩阻力大于拉伸阻力的情况；随着高速公路的改善和普及，现代轿车正相应地不断提速，为了降低由此而产生的行驶阻功率和降低油耗，汽车设计师 r 让轿车变得更加低矮了，最小离地间隙也变得很低了，最小可达 120mm 左右。这就给发展中的国家带来一些问题，当汽车行驶在坎坷不平的乡村公路上时，刮蹭底盘的几率就会不断地发生，使得用户非常头疼。为此，设计师想出“压缩阻力大于拉伸阻力”的措施。当汽车驶过一块突起物时，如果减震器压缩阻力大于复原阻力时，汽车可借助于较大的压缩阻力向上弹起， “增大”了离地间隙从而躲开了障碍，减少了刮蹭底盘的几率，丰田花冠就是如此。世上的任何事物都会一分为二，有利就有弊，这样会给车身带来相对大的噪声。为了使汽车悬架系统的衰减振动性能维持不变，只要使减震器的示功图大小和形状保持不变就可以了。因为减震器在汽车震动过程中是起耗散动能作用的，其示功图面积的大小就代表耗散动能的能力，只要面积不变，减震器在悬架中的功能就不会变。压缩阻力加大了，自然拉伸阻力值就要相应减小了，但二者之和不变。2为改善漏油情况需要降低油缸内