汽車懸架用減振器的研究

自1895年成立以來，德國zf設立了薩爾有限公司，以專門研究和開發懸掛系統、離心分離器、液壓儀等車輛及各種車輛零件。已成為世界著名的車輛制造和運動器制造商之一。生產的商用車設備在歐洲、美國、亞洲、非洲等領域得到銷售，并在世界13個國家和21個地區擁有30多年的生產廠家和辦事處。產品在世界上非常有名。汽車的懸架裝置是連接汽車車身(底盤)和車軸之間全部零件和部件的總稱,有獨立懸架、非獨立懸架和平衡懸架等三種。主要由彈簧元件(如板簧或空氣懸架、扭桿等)、減振器和導向機構三部分組成。當汽車行駛在不同路面上而使車輪受到隨機激振時,由于懸架裝置實現了車身(底盤)和車輪之間的彈性支撐,有效地抑制、降低了車身(底盤)與車軸的動載和振動,從而保證汽車行駛的平順性和操縱穩定性,達到提高平均行駛速度的目的。從動懸架即傳統式的懸架,由彈簧、減振器、導向機構等組成,它的功能是減弱路面傳給車身的沖擊力,衰減由沖擊力而引起的承載系統的振動。其中彈簧主要起減緩沖擊力的作用,減振器的主要作用是衰減振動(見圖1)。由于這種懸架是由外力驅動而起作用的.所以稱為從動懸架?，F代汽車中的懸架有兩種,一種是從動懸架,另一種是主動懸架。而主動懸架的控制環節中安裝了能夠產生控制作用力并有一套提供能量的裝置,采用液壓油缸來取代被動懸架中的彈簧和減振器。在汽車行駛過程中,液壓油缸始終產生一個與懸架系統的運動狀態相適應的最佳作用力,因此稱為主動懸架。主動懸架近十多年發展速度非?？?。這種新型懸架采用了微電腦控制,它具備了三個條件:①具有能夠產生作用力的動力源;②執行元件能夠傳遞這種作用力并能連續工作;③具有多種傳感器并將有關數據集中到微電腦進行運算并決定控制方式。因此,主動懸架匯集了力學和電子學的技術知識,是一種比較復雜的高科技產品。振動阻尼力隨車輪相對運動的范圍而變化的速度無論采用從動懸架還是主動懸架,其中一個重要總成就是減振器。在懸架系統中,由于彈性元件受沖擊產生振動,為改善汽車行駛平順性和舒適性,懸架中與彈性元件并聯安裝減振器。為衰減振動,汽車懸架系統中多數采用的是雙向作用式筒式液力減振器,其工作原理是當車身(底盤)和車橋間受振動出現相對運動時,減振器內的活塞上下移動,減振器腔內的油液便反復地從一個腔經過不同的孔隙流入另一個腔內。此時孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內摩擦對振動形成阻尼力,使汽車振動能量轉化為油液熱能,再由減振器吸收散發到大氣中。在油液通道截面積等因素不變時,阻尼力隨車身(底盤)與車橋(或車輪)之間的相對運動速度增減,并與使用的油液粘度有關。為了滿足各種使用的要求.ZF薩克斯公司開發生產了各式各樣的減振器?，F介紹該公司開發生產的幾種也是目前世界上最為流行的及最新的減振器的結構特點及其優點。減振器在汽車懸架系統中是一個重要部件,它可衰減振動和改善汽車行駛平順性和舒適性。在現代汽車上都普遍采用減振器,薩克斯公司開發了很多減振器,適用于汽車的不同用途。從本期開始陸續介紹薩克斯公司開發的減振器新產品壓縮器和壓振器的設計當汽車懸架復原(復原阻尼級:圖3右)時,活塞下部的活塞閥對往下流動的液體產生阻尼,氣體腔內由于活塞桿體積的變化而壓力降低。受壓縮和復原作用的阻尼閥對減振器受壓縮和復原時的速度反應敏捷。隨著速度的增加,阻尼作用也隨之增大。ZF薩克斯公司開發生產的雙筒式減振器由油封、導向器、活塞桿、防塵套、外筒、活塞閥、底閥和上下兩個吊環等構件組成(見圖4)。在雙筒式減振器中,分內筒和外筒,內外筒構成了兩個油腔——儲油腔和平衡腔。內筒內部是工作腔,活塞和活塞桿在此運行。內筒和外筒之間的儲油腔只裝有2/3的減振器油。當汽車懸架復原(復原阻尼級:圖5右)時,流入平穩腔中的油通過底閥流回的過程中,活塞閥承擔了阻尼的作用,這樣降低了活塞向上的運動速度。通過底閥的止回閥不受限制地從儲油腔中補充工作腔內所需要的油。用活塞將氣腔與油腔隔開,在壓縮或復原運動過程中,活塞也作相應的運動,在此過程中,氣腔內由于活塞桿的一進一出也隨之產生變化。該減振器有兩個閥,底閥和活塞閥。它們由彈簧片、螺旋彈簧和帶有節流孔的閥體構成一個體系。閥的設計應能根據活塞運動的速度自動調節阻尼,也就是說,活塞運動的越快,產生的阻尼就越大。即使在減振器行程最低的時候,閥的反應都應精確;即使在活塞運動最快的時候,要阻止氣泡的產生(空化),從而降低噪聲,改善車輪的滾動特性。在任何行駛條件下,減振器的性能可靠和精確?；钊麠U、導向器和油封,和單筒式氣壓減振器一樣,都為高精密結構件。單筒式減振器工作腔的油壓根據汽車的類別和要求,一般在20～30bar間選擇。與單筒減振器相比,雙筒減振器最大優點是整個結構長度顯著縮短。平衡腔不在缸筒內,而在內筒和外筒之間的儲油腔之上。單筒減振器的優點——即使車軸運動最小,頻率最高,也能精確阻尼雙筒減振器同樣可設計為氣壓減振器,在這種結構中,平衡腔的壓力為6～8bar,也同樣具有單筒減振器的優點?！黄鹩湍颓缓蜌怏w腔可分開安裝對于每一個車型都要專門設計其阻尼特性,也就是說要與汽車重量,車橋結構和底盤懸架系統相匹配?！肼暤蛦瓮彩綔p振器是目前世界上轎車、MPV、SUV、客貨兩用車、輕、中、重型貨車和中、高、低檔客車使用最廣泛的一種減振器。當汽車因路面不平或駕駛條件差引起懸架振動壓縮減振器時(壓縮阻尼級:圖5左),底閥決定阻尼,同進入工作腔內的活塞桿體積相等的油流入平衡腔內,底閥通過阻止油的流動從而降低運動速度。在此情況下,活塞閥開著,作為止回閥工作。為了在較高的壓縮速度下達到較低的噪聲和精確的阻尼效果,薩克斯生產的雙筒減振器在氣體腔內充入6～8bar的氣體。對于安裝了鋼板彈簧懸架的半掛車,可根據載荷變化而變化地進行減振。雙筒減振器drt——承擔傳感器或線束的安裝(用于ABS,可變阻尼系統(CDC:ContinuousDampingControl)等)——通過控制槽的長度決定行駛舒適程度的范圍雙筒彈簧支柱從基本結構看,主要零部件都與雙筒減振器完全一致。在外筒底部還設有連接汽車轉向節的固定座。此時,外筒圍繞活塞桿中心線旋轉。雙筒減振器的優點:——摩擦力低——行駛舒適性高——減振器在復原和壓縮過程中,為了更加的協調,還可多設計幾條控制槽,并且錯位設計——由于采用多級活塞閥和底閥,形成可變的阻尼特性優點圖8所示的雙筒彈簧支柱由活塞桿(空心的)、彈簧托盤、穩定器固定架、制動軟管固定架和安裝支架組成。該彈簧支柱滿足以下功能:——可縮短結構長度——提高了舒適性——與橫向導臂一起承擔車軸的車輪導向雙筒減振器是目前世界上轎車、MPV、SUV、客貨兩用車、輕、中、重型貨車和中、高、低檔客車使用最廣泛的一種減振器。——可在標準減振器中安裝——通過彈簧托盤(麥弗遜獨立懸架)承擔螺旋彈簧的彈力——可與現有的減振器更換——承受制動力矩彈簧支柱必須承受因車軸運動、彈簧彈性或安裝穩定器引起的各種力(彎曲力、復原阻尼力和壓縮阻尼力)。此時,還應考慮因汽車行駛引起的各種力,首先是由于制動力、加速力和側向力引起的彎曲力。為了能承受各種力,活塞桿直徑、導向器和活塞的尺寸在設計時都要加大。液壓旁通減振機構——不需要控制元件——接受和承擔車輪的轉向運動優點Vario減振器是在上述的單筒減振器或雙筒減振器的基礎上改進而來的一種新型減振器。這種新型減振器的阻尼特性曲線實現了隨載荷和行程變化而變化,從而進一步提高了汽車的行駛舒適性。實現隨行程變化而變化的減振主要靠控制槽。控制槽就是在減振器內筒的內壁上根據機械行程長度加工的液壓旁通。這種減振方案簡單、可靠、有效。根據減振器的位置和行程,活塞在控制槽范圍內運動,通過該槽流出的液體,從而降低了液體的阻力,從而也降低了阻尼力。汽車正常行駛時,Vario減振器的活塞在控制槽范圍內往復運動,并且提供了較高的舒適性。(見圖6和圖7)薩克斯Vario減振器主要用于客車和駕駛室懸架以提高汽車的舒適性。除此以外,也廣泛用于貨車、客貨兩用車和中高檔轎車。——降低摩擦力——承擔穩定器支架的安裝——提高行駛舒適性——由于采用多級活塞閥和底閥,可實現可變阻尼特性曲線為了形成最佳的阻尼特性曲線,利用了隨行程變化而變化的阻尼特點。對于安裝了空氣彈簧懸架的半掛車,其舒適性得到了改善?！煽s短結構長度從賽車到客貨兩用車的所有汽車都可裝配。壓縮時擠進的減振器底閥圖9是薩克斯公司專門為低底盤拖掛車開發的減振器,其工作原理與雙筒減振器的一樣。通過特別設計的底閥使減振油按這一特殊要求運動。低底盤拖掛車專用減振器由活塞桿、密封和導向器組件、工作腔、補償腔、工作活塞和活塞閥及底閥組成(見圖10)?；钊麠U采用了鍍鉻精磨拋光加工方法制造。補償腔用于容納壓縮時擠進的減振油。為了改善行駛舒適性和行駛安全,工作活塞和活塞閥可選擇線性型或遞增型阻力特性曲線。為了調整拉伸和壓縮方向上的阻尼力,底閥設有對中裝置、特殊流油孔、彈簧和閥。當活塞桿被壓縮時(壓縮級),同進入工作腔的活塞桿體積相等的油通過阻尼底閥被壓入外筒,通過活塞閥再從下面的工作腔壓入上部工作腔。當活塞桿被拉伸時(復原級),活塞閥由于阻止其上部工作腔的油往下部工作腔流動的速度而獨自承擔復原阻尼功能。底閥由于是特殊設計的,阻止了空氣的吸入。對這種減振器的安裝要求是從水平線+10°。優點:——這種新型減振器被安裝成幾乎接近水平位置,由此,不需要較高的裝配空間——這種減振器主要用于低底盤拖掛車(半掛車和掛車)和鞍式牽引車的后橋——由于水平安裝,可使掛車高度降得很低,因此可運輸較高的貨物車輛空氣源根據氣調阻尼系統(PDC)的工作原理,還開發了另一種用于高級轎車的可變阻尼系統。與PDC不同的是,具有可變阻尼系統功能的氣調阻尼系統(減振器)與一空氣彈簧組合在一起(圖11),其結構與CDC基本相同。根據載荷情況所需的高壓空氣由安裝在汽車上的空壓機產生(壓力為1～8bar)。通過一個高度調節器來調控汽車車身的最佳高度位置。氣調正比阻尼閥在幾毫秒內對任何行駛情況所需的阻尼進行自動調配。氣控壓力直接來自空氣彈簧?！谇皹蛏习惭b簡單,安裝空間也小——由于增大了空氣彈簧氣囊的外部尺寸和活塞(Abrollkolben)強度,可提高橋的載荷(最大9t)——由于空氣彈簧和減振在一起,擴大了彈簧中心距——克服了左右擺動,即使車身重心較高,也得到了改善。汽車空氣彈簧減振器系統如圖所示的空氣彈簧減振器LDM也可以與可變阻尼系統CDC和PDC組合一起使用。油氣組合彈簧支柱主要用于轎車的減振。這種全載式結構相當于單筒式減振器。通過輸入輸出油,靠活塞桿升降車身。所需的高壓油由汽車中央液壓系統供給。由一個分開的調節器控制汽車車身的高度位置。上下的連接件為特別制作的固定座和連接裝置,因為壓力缸全部承擔汽車車身的靜態和動態負荷。也就是說,承載能力受油壓和活塞桿截面決定。阻尼由缸筒內的阻尼活塞和活塞上的阻尼閥來實現(見圖13)。這種空氣彈簧減振器LDM是薩克斯公司和ContiTech空氣懸架系統股份有限公司合作開發的,由空氣彈簧和減振器組合而成,終于實現了將減振器和空氣彈簧組合在一起并安裝在車軸上的夢想(見圖12)。空氣彈簧托架與轎車上使用的彈簧支座相似。本型號成為商用汽車新橋重要組件。由于減少了單個的結構件和裝配空間,突出的優點是:油封的安裝和壓縮器的設置,有利于防止汽車中低壓透性單筒式減振器由導向器、油封、活塞桿、防塵套、活塞閥、內筒、活塞和上下兩個吊環等部件組成(見圖2)。內筒里設有一個油腔和氣腔,由一個活動活塞隔開。油腔在上,氣腔在下,一般情況下,腔內壓力在20～30bar之間,用來支撐壓縮時的阻尼?；钊麠U、導向器和油封都是高精度結構件,無論在活塞桿靜止時還是運動時都要對處于高壓下的油進行密封。目前大多數采用的是Viton油封,它是通過機械內壓預緊方法安裝在活塞桿上?；钊y安裝在活塞桿上,并設計有節流孔,復原級和壓縮級的阻尼靠彈簧片和活塞閥上的節流孔來調控。防塵套主要用于防止路石、污水和清掃雪地鹽損壞活塞桿