Simulation and experimental validation of vehicle dynamic characteristics for displacement-sensitive shock absorber using fluid-flow modelling

In this study, a new mathematical dynamic model of shock absorber is proposed to predict the dynamic characteristics of an automotive system. The performance of shock absorber is directly related to the car behaviours and performance, both for handling and ride comfort. Damping characteristics of automotive can be analysed by considering the performance of displacement-sensitive shock absorber (DSSA) for the ride comfort. The proposed model of the DSSA is considered as two modes of damping force (i.e. soft and hard) according to the position of piston. For the simulation validation of vehicle-dynamic characteristics, the DSSA is mathematically modelled by considering the fluid flow in chamber and valve in accordance with the hard, transient and soft zone. And the vehicle dynamic characteristic of the DSSA is analysed using quarter car model. To show the effectiveness of the proposed damper, the analysed results of damping characteristics were compared with the experimental results, which showed similar behaviour with the corresponding experimental one. The simulation results of frequency response are compared with the ones of passive shock absorber. From the simulation results of the DSSA, it can be concluded that the ride comfort of the DSSA increased at the low-amplitude road condition and the driving safety was increased partially at the high-amplitude road condition. The results reported herein will provide a better understanding of the shock absorber. Moreover, it is believed that those properties of the results can be utilised in the dynamic design of the automotive system.     

汽车液压减振器设计研究

阐述了可调阻尼液压减振器的设计方案,对可调阻尼减振器性能进行了理论分析,针对减振器拉伸和压缩阶段各进行了力-速度特性计算,推导出数学关系式,在原车被动液压减振器的基础上,改进设计了一种节流口式可调阻尼液压减振器,并对此进行了台架试验。试验结果表明:所研制的可调阻尼液压减振器阻尼力与步进电机转角成对应关系,符合设计和使用要求。     

活塞偏心倾斜对双筒液压减振器动态阻尼特性影响分析*

考虑活塞偏心和倾斜后活塞与缸筒之间的摩擦与润滑因素,研究充气式双筒液压减振器动态阻尼特性;建立活塞偏心和倾斜的双筒式液压减振器的动态阻尼特性数学模型和动压润滑方程,求解减振器动态阻尼特性数学方程;采用雷诺空化边界条件,对Reynolds方程采用五点差分法进行离散,利用超松弛迭代法(SOR)迭代求解,得到摩擦阻尼力;分析活塞偏心距比、活塞倾斜角度,活塞倾斜时活塞运动速度、活塞半径、活塞宽度等因素对摩擦阻尼的影响,以及各摩擦因素对减振器动态阻尼特性的影响。结果表明:活塞偏心和倾斜时,随活塞速度、偏心距比、活塞倾斜角度、活塞宽度等的增加,减振器活塞与缸筒之间的油膜摩擦力均增加,而随活塞半径的增加,油膜摩擦力减小。减振器活塞发生倾斜时,会造成阻尼力的大幅增加,严重影响车辆行驶的舒适性能,且活塞速度越快,对舒适性影响越严重。     

可调减振器阻尼特性试验研究

研制了基于旁通节流孔的新型节流孔可调减振器样机,试验研究了复原阀系活塞孔口直径、复原阀片数、限位阀外径、旁通节流孔直径对减振器阻尼力的影响。试验结果表明:活塞节流孔直径的减小、复原阀片数的增加和限位阀外径的增大都会导致减振器阻尼力增大,其中,活塞节流孔直径和限位阀外径对阻尼力影响较大。在旁通节流孔直径为0～4mm范围内,减振器阻尼力随着旁通节流孔直径的增大而减小,当旁通节流孔直径大于4mm后,减振器的阻尼力变化不大。压缩阻尼力受旁通节流孔直径的影响较小。试验研究结果为旁通节流孔式阻尼可调减振器的设计提供了依据。     

阀系参数对汽车减振器阻尼特性的影响

为了高效研究汽车减振器阀系参数变化对其阻尼特性的影响.以汽车广泛使用的非线性液压减振器为研究对象,结合减振器阻尼元件受力分析,运用MATLAB软件建立减振器特性仿真模型,通过仿真数据与台架试验数据拟合度分析验证了所建模型的可靠性;进而利用仿真模型对减振器阀系展开敏感性因素分析,得到了对阻尼特性影响显著的阀系参数;研究了...     

带缓冲簧的汽车减振器外特性及其敏感度分析

基于带缓冲簧的汽车减振器的结构和工作原理,应用流体力学和弹性力学的理论,推导出了受均布载荷作用的环形薄板阀片的挠曲变形解析式,建立了该减振器在复原和压缩工况下阻尼特性的数学模型。在MATLAB环境下对模型进行了模拟仿真,并与实测的减振器的外特性进行了比较分析,仿真与实测结果的一致证明了数学模型正确可靠。同时用该模型分析了减振器活塞杆直径、内部气压、油液温度及摩擦力等因素对其外特性的影响规律及敏感程度,得出的结论可以为减振器的设计和性能预测提供参考。     

DESIGN METHOD OF MAGNETO- RHEOLOGICAL FLUID SHOCK ABSORBER FOR CAR SUSPENSION

The Bingham constitutive model, which is previously used in depiction of magnetorheological （MR） fluids rheological behaviors for design devices, exhibits discontinuous characteristics in representation of pre-yield behaviors and post-yield behaviors. A Biviscous constitutive model is presented to depict rheological behaviors of MR fluids and design automotive shock absorber. Quasi-static flow equations of MR fluids in annular channels are set theoretically up based on Navier-Stokes equations and several rational simplifications are made. And both flow boundary conditions and flow compatibilities conditions are established. Meantime, analytical velocity profiles of MR fluids though annular channels are obtained via solution of the quasi-static flow equations using Biviscous constitutive model. The prediction methodology of damping force offered by MR fluid shock absorber is formulated and damping performances are predicated in order to determine design parameters. MR fluid shock absorber for Mazda 323 car suspension is designed and fabricated in Chongqing University, China. Measurements from sinusoidal displacement cycle by Shanchuan Shock Absorber Ltd. of China North Industry Corporation reveal that the analytical methodology and design theory are reasonable.     

新型双腔油气式磁流变减震器阻尼特性分析与仿真

针对双腔油气式减震器无法根据外部环境激励的改变而调节自身阻尼特性变化的问题,基于磁流变原理,设计了一种适用于飞机起落架系统的双腔油气式磁流变减震器。为提升该减震器的减震性能,增加可控阻尼力初始值及其变化范围;在现行双腔油气式减震器的基础上优化了内部结构参数;采用孔缝结合的方式对双腔油气式磁流变减震器阻尼通道进行了重新设计;依据阻尼通道形式完善了磁路设计与优化;利用有限元方法分析了内部磁场特性;并对比分析了不同阻尼通道形式下的最大输出阻尼力与可控阻尼范围。结果表明：优化后的节流通道处磁感应强度分布更为均匀,孔缝结合的阻尼通道形式实现了较大初始阻尼力的输出,增加了可变阻尼力调节范围。     

可调阻尼式汽车减振器设计与试验研究

针对目前被动减振器不能根据路况改变阻尼的问题,设计了一种节流口式可调阻尼减振器,介绍了该减振器的结构组成和工作原理,详细阐述了可调阻尼减振器的设计方案,并分析了步进电机与节流口的关系以及力与速度特性计算。根据首批可调阻尼减振器样件,对可调节流口当量面积设计这一关键问题进行了讨论,理论分析结果为可调阻尼减振器的制作提供了依据,并对改进后的可调阻尼减振器样件进行了台架试验。试验结果表明所设计的可调阻尼减振器阻尼力曲线较为饱满平滑,无明显畸变,阻尼力随节流口开度变化较明显,且与步进电机转角成对应关系,符合设计和使用要求。     

基于AMESim的汽车液压减振器失效仿真

针对油液泄漏导致的减振器失效问题,以某国产液压减振器为研究对象,通过分析其结构以及工作原理,建立减振器阻尼力的数学表达式以及AMESim一维仿真模型,仿真得到其不同速度下的示功图以及阻尼特性曲线,并与试验结果进行对比,仿真结果与试验结果能够较好的吻合,表明用AMESim所建立的一维仿真模型真实可靠。基于该仿真模型仿真活塞缝隙、底阀、活塞杆与密封圈缝隙的油液泄漏而导致的减振器失效问题,对比不同状态下的阻尼特性曲线,发现仿真模型可以较好的进行减振器失效的仿真分析,表明仿真模型能够指导实际工程设计以及相关的性能预测。     

橡胶节点对全主动液压减振器的影响

液压减振器两端橡胶节点能够保护作动器的安全,但其参数会对减振器的性能产生很大影响。将节点等效成并联的弹簧阻尼系统,建立了作动器橡胶节点的动力学模型,理论分析了节点刚度以及作动频率对作动力滞后相位的影响。充分考虑液压阀和负载的影响,利用SIMPACK和MATLAB建立了液压作动器和车辆系统的联合仿真模型,并对不同节点刚度的情况进行了仿真分析。结果表明:对于较低的工作频带,节点刚度对实际输出到车体上的作动力影响不大,但会造成作动器活塞杆的作动位移产生很大差异。最后,给出了实际应用中合理选择橡胶节点参数的建议。     

减振器双节流孔闭式油路稳态行为特征有限元分析

本文以汽车减振器工作状态为基础原型，用高级有限元分析软件ANSYS建立了双节流孔闭式油路稳态模型，分析了不同阀振速度下减振器模型的内部流场、压力场、剪应力场分布的变化规律，为复杂闭式油路边界形状设计提供理论依据；同时也分析了计算了此模型中节流孔壁剪应力与减振速度的函数关系以及壁压力与节流孔长度的关系，为以后的节流流孔阻尼力计算提供数值基础。     

考虑阀片大挠曲变形的减振器建模与参数辨识

为建立减振器参数化数学模型,基于圆薄板大挠曲理论和弹性力学原理,推导出了阀片大挠曲变形与半径的关系式。建立外半径不全相等时环形叠加阀片的力学模型,提出用大挠曲变形解析方法与有限元分析相结合的等效模型求解方式推导出该环形叠加阀片挠曲变形的解析式。根据活塞阀系叠加阀片与复原弹簧同时变形的串联原理,建立了该双筒式减振器在复原与压缩行程中阻尼特性的数学模型。采用NSGA-Ⅱ算法对模型中难以测量的参数进行辨识,辨识后的减振器外特性仿真结果与试验数据基本吻合,说明所建立的参数化模型比较可靠,对减振器的性能调试具有指导意义。     

双筒单出杆式磁流变阻尼器力学特性研究

介绍了一种基于流动模式的双筒单出杆式磁流变阻尼器结构和工作原理,推导了其阻尼力公式。对基于上述结构的MRF阻尼器的阻尼力、电流、位移、速度和频率等力学特性进行了试验研究。结果表明流动模式磁流变阻尼器的阻尼力随控制电流的增大呈非线性增加,其耗能减振能力优于传统的被动阻尼器。气囊导致压缩行程终点阻尼力放大,并可以在一定程度上消除复原行程的空程现象。而阻尼器的结构尺寸和所选用的磁流变液一旦确定,其可调倍数只依赖于最优的磁路设计。通过深入分析该型阻尼器的动力特性,为改进研制装甲车辆磁流变减振器奠定了基础。     

车辆液力减振器流-固耦合仿真计算与分析

采用有限元法,建立了筒式液力减振器的结构体和液流体的有限元模型.运用流一固耦舍分析技术,以ANSYS和ANSYS CFX软件为仿真计算工具,研究了该减振器压缩行程初始阶段活塞及阀片的动态特性和内部油液的流动情况.     

气液联合式碎石器建模与仿真分析

气穴是流体机械中常见的一种有害现象。针对气液联合式碎石器中出现的气穴现象以及目前使用的仿真模型均未考虑内油道形状与对应液阻,在分析主运动件及内流道数学模型的基础上搭建了包含局部阻尼损失的整机仿真模型,根据影响气穴的参数类型及对应取值范围设计了正交试验方案,在此基础上进行了仿真分析。结果显示:活塞运动周期基本不受因子及对应水平组合的影响;活塞质量及氮气室初始容积是影响活塞后腔最低压力及冲程最大速度的主要因子,同时后腔最低压力及最大速度均与活塞质量及氮气室初始容积呈负相关;由于回弹力作用,活塞打击钎杆后并未作停顿而是立即加速回程。     

液压减振器散热性能研究

液压减振器是通过消耗机械能实现减振目的的装置,但目前其散热效果并不理想,温度升高导致了减振器整体性能下降。利用路面不平度激励模型、悬架系统振动模型、热量传递模型,通过能量守恒定律建立了液压减振器的热力学平衡数学模型。综合考虑油液泄漏特性、密封特性以及液压减振器阻尼性能界定其许用油温。对液压减振器散热参数进行了分析研究,且试验结果表明分析模型与设计方法正确,为减振器的设计提供参考。     

连通式油气悬挂系统阻尼特性分析

现有的对油气悬挂阻尼的分析主要集中在悬挂缸内的阻尼孔和单向阀.建立了连通式油气悬挂阻尼力的计算公式,并通过仿真分析表明,液压软管的阻尼特性不可忽略.通过等效能量法,建立了连通式油气悬挂系统的等效压缩阻尼比和等效复原阻尼比.指出了进行连通式油气悬挂系统的阻尼特性设计时,需要合理的选择阻尼孔、单向阀以及管路阻尼,使得阻尼特性得到最佳匹配.     

A study on the efficiency improvement of a passive oil damper using an MR accumulator

This study describes the development, modeling, and testing of a hybrid damper for semi-active suspension. The goal of this study is to improve the performance of conventional passive oil dampers using a magneto-rheological (MR) accumulator that consists of a gas accumulator and an MR device. The level of damping is continuously variable by means of control of the applied current in an MR device that is fitted to a floating piston that separates the gas and oil chamber. A small MR device is used to resist the movement of the floating piston. At first, a mathematical model that describes all flows within the damper is formulated and developed in Matlab/Simulink. The MR device is also devised. A mathematical model is adopted to characterize the performance of the device. The formulas derived for the different components of the damper force are combined into a full damper model. Then, the applicability of the MR device to a conventional passive oil damper is tested in a manufactured test environment and evaluated in terms of the damping force vs. the piston velocity. From the results, it is possible to ascertain the MF device’s capability to work as a damper that can supply a variable damping force. Moreover, this research affords a lot of new information about the applicability of MR devices and improvement of the damping force.     

液力减振器油液物性与工况参数的离散性耦合研究

根据弹流润滑理论，油的特性是压力和温度的函数，本文用分域离散法对汽车液力减振器内部油液物性和工况参数进行耦合处理，从而实现减振器阻力特性的理想模拟，并详细分析了压力和温度与减振器关键部位节流孔物性和结构参数的影响关系。