车用双筒液压减振器动态响应的试验与仿真

　　目前国际上使用最广泛的机械系统动力学分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Me-chanical Systems)是通过建立某指定机械系统的虚拟样机,进行该系统的参数优化设计[1].汽车双筒液压减振器是大位移强非线性元件,并且其阻尼力-速度特性曲线呈不对称迟滞现象.本文在ADAMS环境下建立减振器系统(带车身)虚拟样机,考虑液压减振器阻尼力-速度特性的迟滞现象,进行动力学特性仿真,将仿真结果与试验结果相比较,证明虚拟样机建模的正确性,为减振器改进设计提供了理论支持.

　　1　减振器动力学建模

　　双筒液压减振器是轿车悬架系统的重要部件,它将来自于车轮和车身的振动通过节流的方式转化为热能,以衰减振动,提高车辆平顺性,为车辆提供较好的行驶性能.根据实际后减振器的结构和运动副之间的连接关系,建立如图1所示的系统动力学模型.

　　在车辆整体设计过程中,依据悬架系统的匹配原则和整体性能,要求减振器对悬架系统不同幅值与频率的振动,提供不同的阻尼值.在双筒式减振器的动特性分析中,传统上应用不对称双线性化动力学模型[2,3],这种双线性化动力学模型能够在平均意义上较好地模拟减振器外特性,图2是在虚拟样机中输入不对称双线性化速度外特性后,减振器活塞顶杆和缸筒的时频响应.但是,简化的外特性不能准确反映减振器在一个工作周期内阻尼力与相对速度之间的真实关系[4].从仿真和试验结果比较可以看出,在时域中对应缸筒加速度峰值,活塞顶杆加速度有一次冲击,对应波峰和波谷的活塞顶杆加速度值相差不大,经过1～1.5个振荡周期就衰减到零;台架试验信号中,对应缸筒波峰和波谷的活塞顶杆加速度值相差较大,并需经过几个振荡周期才衰减到零.在活塞顶杆频域响应的仿真结果中,频率主要集中在200Hz左右,而试验结果集中在250 Hz左右,相差较大.由于双筒液压减振器中小孔节流效应复杂和油液的可压缩性影响,并且受相关因素影响较大,主要表现在减振器外特性曲线呈不对称迟滞环状[5,6],如图3所示.不同类型减振器相应的外特性迟滞环差别较大,将减振器阻尼力-速度特性关系输入在ADAMS环境下开发的虚拟样机中,建立起相应减振器的虚拟样机,进行动态仿真.

　　在ADAMS/View模块下,建立与实际减振器试验系统一致的虚拟样机.该系统基本组件的几何与物理参数均取自实际产品的技术数据.表1和2分别为减振器多体系统动力学模型中各部件的质量参数及弹簧、橡胶元件的相应刚度和阻尼值,均通过试验测得.减振器速度外特性通过ADAMS/Func-tions模块用C++语言编程输入虚拟样机中,底部通过铰链可以施加各种运动.