半主动悬架可控筒式液压减振器阀参数的优化设计方法

摘要

本发明涉及半主动悬架可控筒式液压减振器阀参数优化设计方法，其特征在于采用如下步骤：1)、确定车辆悬架系统阻尼比；2)、设计减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数；3)、确定在黄金分割速度点时减振器的阻尼力；4)、确定减振器可调阻尼孔的设计面积；5)、令，重复步骤2)~4)，计算设计阀片厚度所需要的可调阻尼孔面积；令，重复步骤2)~4)，计算可调阻尼孔最小面积；6)、确定减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力；7)、确定在可控阀节流阀片厚度设计速度点节流缝隙压力和活塞孔流量；8)、确定可控阀节流阀片的设计厚度。采用该设计方法，阀系参数设计值准确可靠，可避免反复试验和修改，降低可控减振器设计成本，缩短其开发周期。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车半主动悬架，特别是半主动悬架可控筒式液压减振器可控阀参数的设计方法。

背景技术

汽车半主动悬架可控减振器应用最多的是可控筒式液压减振器，其阻尼特性主要是由减振器阀参数所决定。目前，国内、外对可控筒式液压减振器阀参数设计没有准确、可靠的设计方法，大都是利用“反复试验＋修改”的方法确定出设计参数，其主要原因是国内、外目前缺乏可靠的减振器设计技术。尽管我国已有学者对此进行了大量研究，但是对于可控筒式液压减振器阀参数依然没有用于阀片设计的精确计算解析式，缺乏准确、可靠的设计方法，缺少用于减振器阀参数精确设计的数学模型，严重制约了可控筒式液压减振器阀参数的优化设计，这与当今汽车发展趋势不相符。因此，必须建立半主动悬架可控筒式液压减振器可控阀参数优化设计方法，以满足汽车可控筒式液压减振器快速和精确设计的要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种半主动悬架可控筒式液压减振器可控阀参数优化设计方法。可控阀的结构如图1所示，其中，1为活塞杆，2为阀芯，3为可调阻尼孔，4为活塞，5为可控阀节流阀片，6为活塞孔，7为活塞杆孔。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的半主动悬架可控筒式液压减振器可控阀参数优化设计方法，其技术方案所实施的步骤如下：

(1) 确定车辆悬架系统阻尼比

根据车辆悬架系统的簧上质量 m₂、簧下质量m₁、悬架弹簧刚度K和轮胎刚度K_t，确定悬架系统舒适性最佳阻尼比                                                ，安全性最佳阻尼比，悬架系统优化阻尼比ξ_op＝ξ_oc＋0.382(ξ_os－ξ_oc)，其中，r_k=K_t/K，r_m=m₂/m₁；

(2) 令ξ＝ξ_oc，设计减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数

根据悬架系统簧上质量m₂、悬架刚度K、减振器安装杠杆比i、减振器安装角θ，设计减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数；

(3) 确定在黄金分割速度点时减振器的阻尼力

根据减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数C_k1及黄金分割速度点V_gs=0.618C_k1，确定在黄金分割速度点时减振器的阻尼力F_gs= C_k1V_gs；

(4) 确定减振器可调阻尼孔的设计面积

根据活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积S_r、缸内径D_H、活塞缝隙长度L_H、活塞平均间隙、偏心率e、油液密度ρ、油液动力粘度μ_t、活塞孔个数n_h、活塞孔直径d_h、活塞孔等效长度L_he、常通节流孔面积A₀、常通节流孔口流量系数ε₀、可调阻尼孔口流量系数ε_v、活塞杆孔等效长度L_ge、活塞杆孔直径d_g及在黄金分割速度点时减振器的阻尼力F_gs，确定减振器可调阻尼孔的设计面积

其中，，，，；

(5) 令ξ＝ξ_op，重复步骤(2)~(4)，计算阀片厚度设计时所需要的可调阻尼孔面积A_vh；再令ξ＝ξ_os，重复步骤(2)~(4)，计算可调阻尼孔最小面积A_vmin；

(6) 确定减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力p₁

根据步骤(4)中减振器参数及设计阀片厚度所需要的可调阻尼孔面积A_vh，确定减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力，其中，

；

(7) 确定在可控阀节流阀片厚度设计速度点节流缝隙压力p_f和活塞孔流量Q_h

根据步骤(4)中减振器参数、设计阀片厚度所需要的可调阻尼孔面积A_vh及复原行程平安比η，确定在可控阀节流阀片厚度设计速度点可控阀片节流缝隙压力为，而活塞孔流量为

其中，；

(8) 确定可控阀节流阀片的设计厚度

根据常通节流孔面积A₀、常通节流孔口流量系数ε₀、减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力p₁、在可控阀片厚度设计速度点可控阀片节流缝隙压力p_f和活塞孔流量Q_h、阀片变形系数G_r、可控阀片外半径r_br及可控阀口位置半径r_kr，确定可控阀节流阀片的设计厚度。

本发明比现有技术具有的优点：

因为半主动悬架可控减振器的可控阀采用了解析优化设计方法，所以可控阀参数的设计值准确可靠，避免反复试验和修改，从而降低可控减振器设计成本，缩短可控减振器开发周期，利用该解析优化设计方法能够满足汽车半主动悬架可控减振器快速和精确设计的要求。

附图说明

为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步说明。

图1是可控筒式液压减振器可控阀结构。

图2是半主动悬架可控筒式液压减振器可控阀参数优化设计方法流程图。

图3是可控减振器速度特性曲线。

图4是可控减振器示功图。

具体实施方式

下面通过一实施例对本发明作进一步详细说明。

某汽车悬架系统的簧上质量m₂=445kg；簧下质量m₁=38kg；悬架弹簧刚度K=29679N/m和轮胎刚度K_t=267112N/m；减振器安装杠杆比i=0.95；减振器安装角θ=5°；活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积S_r=3.02×10^-4m²；缸内径D_H=28mm；活塞缝隙长度L_H=9mm；活塞平均间隙δ_H=0.04mm；偏心率e=1.0；油液动力粘度μ_t=8.9×10^-3m²Ps；油液密度ρ=0.89×10³kg/m³；活塞孔个数n_h=4；活塞孔直径d_h=2mm；活塞孔等效长度L_he=5mm；常通节流孔面积A₀=0.2mm²；常通节流孔口流量系数ε₀=0.82；可调阻尼孔口流量系数ε_v=0.82；活塞杆孔等效长度L_ge=30mm；活塞杆孔直径d_g=4mm；复原行程平安比η=1.39。

本发明实施例所提供的半主动悬架可控筒式液压减振器可控阀优化设计方法，如图2所示，具体步骤如下：

(1) 确定车辆悬架系统阻尼比

根据某汽车悬架系统的簧上质量m₂=445kg、簧下质量m₁=38kg、悬架弹簧刚度K=29679N/m和轮胎刚度K_t=267112N/m，确定悬架系统舒适性最佳阻尼比=0.174，安全性最佳阻尼比=0.392，悬架系统优化阻尼比ξ_op＝ξ_oc＋0.382(ξ_os－ξ_oc)=0.257，其中，r_k=K_t/K=9，r_m= m₂/m₁=11.8；

(2) 令ξ＝ξ_oc=0.174，设计减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数

根据悬架系统簧上质量m₂=445kg、悬架刚度K=29679N/m、减振器安装杠杆比i=0.95、减振器安装角θ=5°，设计减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数=1359.5Ns/m；

(3) 确定在黄金分割速度点时减振器的阻尼力

根据减振器速度特性复原行程的开阀阻尼系数C_k1=1359.5Ns/m及黄金分割速度点V_gs=0.1854，确定在黄金分割速度点时减振器的阻尼力F_gs= C_k1V_gs=252.1N；

(4) 确定减振器可调阻尼孔的设计面积

根据活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积S_r=3.02×10^-4m²、缸内径D_H=28mm、活塞缝隙长度L_H=9mm、活塞平均间隙δ_H=0.04mm、偏心率e=1.0、油液动力粘度μ_t=8.9×10^-3m²Ps、活塞孔个数n_h=4、活塞孔直径d_h=2mm、活塞孔等效长度L_he=5mm、常通节流孔面积A₀=0.2mm²、常通节流孔口流量系数ε₀=0.82、可调阻尼孔口流量系数ε_v=0.82、活塞杆孔等效长度L_ge=30mm、活塞杆孔直径d_g=4mm及在黄金分割速度点时减振器的阻尼力F_gs＝252.1N，确定减振器可调阻尼孔的设计面积A_v为

=1.0mm²

其中，=1.224×10^-5，=7.101×10^-6，=1.655×10¹⁶，=1.96×10¹⁶；

(5) 令ξ=ξ_op，重复步骤(2)~(4)，计算设计阀片厚度所需要的可调阻尼孔面积A_vh=0.68mm²；令ξ=ξ_os，重复步骤(2)~(4)，计算可调阻尼孔最小面积A_vmin=0.32mm²；

(6) 确定减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力p₁

根据步骤(4)中减振器参数及设计阀片厚度所需要的可调阻尼孔面积A_v=0.68mm²，确定减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力=1.98MPa，其中，

=2.408×10^-5m^-3/s；

(7) 确定在可控阀节流阀片厚度设计速度点阀片节流缝隙压力p_f和活塞孔流量Q_h

根据步骤(4)中减振器参数、设计阀片厚度所需要的可调阻尼孔面积A_vh=0.68mm²及复原行程平安比η=1.39，确定在可控阀节流阀片厚度设计速度点节流缝隙压力=4.013MPa和活塞孔流量

=1.0839×10^-4m³/s，其中，=1222.56N；

(8) 确定可控阀节流阀片的设计厚度

根据常通节流孔面积A₀=0.2mm²、常通节流孔口流量系数ε₀=0.82、阀片变形系数G_r=4.76×10^-22m⁶/N、可控阀片外半径r_br=8.5mm及可控阀口位置半径r_kr=8mm、油液动力粘度μ_t=8.9×10^-3m²Ps、油液密度ρ=0.89×10³kg/m³、减振器可控阀初次开阀时的节流缝隙压力p₁=1.98MPa、在可控阀片厚度设计速度点可控阀片节流缝隙压力p_f=4.013MPa和活塞孔流量Q_h=1.0839×10^-4m³/s，确定可控阀节流阀片的设计厚度

=0.3mm。

利用电液伺服减振器综合性能试验台对所设计加工的可控减振器样机进行特性试验，所测得的可控减振器速度特性曲线和示功图分别如图3和图4所示，图中的两条曲线分别满足了汽车乘坐最佳舒适性和行驶最佳安全性，说明该越野车半主动悬架可控筒式液压减振器的可控阀参数设计值是可靠的，表明可控筒式液压减振器可控阀参数优化设计方法是正确的。