汽车悬架液压限位减振器研究综述

王雪，曾庆东，张晓婷，李艾静，田雪，曹煜林

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁，锦州 121001）

汽车悬架液压限位减振器研究综述

王雪，曾庆东，张晓婷，李艾静，田雪，曹煜林

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁，锦州 121001）

随着汽车行业的发展，汽车悬架对减振器的需求向着高效能、高稳定性与安全性方向发展，液压限位减振器在悬架系统中的应用与研究受到了人们广泛的关注。本文首先讨论了普通减振器和液压限位减振器在示功图上的不同之处，并对比其优缺点；接着结合国内外对用于汽车悬架的液压限位各种结构的研究成果，综述了其结构形式和工作原理；最后对比此类液压限位结构哪些更适用于减振器内部进行了深刻的讨论。

汽车悬架；液压限位减振器；附加阻尼力

CLC NO.:U463.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-148-03

引言

减振器是汽车悬架的重要组成部件，现阶段双筒式减振器已被人们广泛应用于汽车悬架中。随着人们对汽车的乘坐舒适性及平顺性需求的提高，减振器在复杂工况下的高效性和高稳定性受到了各学者的广泛关注。目前，某些双筒式减振器在拉伸和压缩极限处设有限位结构，作用是防止出现刚性碰撞。减振器常见的限位结构分为两类，一类是在工作缸内部放置聚氨酯材料的限位结构，另一种是内置螺旋弹簧的限位缓冲结构。但是此类结构易出现材料老化及磨损失效等问题，从而影响减振器的使用性能。

1、液压限位减振器的特点

参照 QC／T 545－1999《汽车筒式减振器台架试验方法》，对双筒式汽车悬架减振器进行示功特性试验，得到的示功图多为图1所示，其中点A为压缩极限位置，点C为拉伸极限位置，曲线ABC表示减振器拉伸行程，曲线CDA表示减振器压缩行程。根据图1所示，普通汽车悬架减振器在拉伸极限C点处阻尼力逐渐减小，拉伸行程中当阻尼力为0时，工作缸内部的活塞未停止运动，会产生减振器的“击穿现象”，即与工作缸内部的导向套发生刚性碰撞，降低减振器使用过程中的稳定性，最终影响汽车的乘坐舒适性与平顺性。

与普通双筒式减振器相比，液压限位减振器的示功图如图2所示，在接近拉伸极限位置时依靠液压限位结构产生较大的附加阻尼力，使活塞的惯性力与油液产生的缓冲压力相抵消，以达到活塞杆总成减速制动的目的，防止导向套与减振器活塞的刚性碰撞。而且可将减振器与车身间的冲击能量转化为热能并衰减，从而改善车辆在恶劣工况下行驶的的平顺性。

2、液压限位减振器的发展

近些年，汽车悬架减振器普遍使用的是液压阻尼减振器，因此采用液压原理开发新型减振器限位缓冲结构已经成为减振器研发的主流趋势。 随着Etman、ChoonTar LEE等人对液压限位缓冲减振器进行研究，国外学者对其阻尼特性进行了仿真分析，但缺少对其试验研究与仿真对比分析。

随后，吉林大学郭孔辉院士对液压限位减振器进行了深入的研究，2007年其团队首次提出了泵式位移相关变阻尼减振器并申请专利，具体结构如图3所示，它可以使阻尼力依据载荷的变化实现自动调节。此减振器特点是在工作缸的上部断口处连接有卸荷阀座及油封座，工作缸与储油缸之间设油液导流罩，导流罩的外壁与储油缸的内壁留有间隙，此间隙可构成油液流通的通道；在底阀座、活塞及卸荷阀的油液通道口处设置控制油液进出的单向阀，工作缸内壁中部开有用于卸油减阻的旁通槽，使阻尼力实现自动调节。减振器的限位缓冲作用是通过上、下限位器实现的，当活塞杆总成处于拉伸行程时，上限位器的上端面与卸油阀座的底面接触，使卸油阀上的两个单向阀堵塞，活塞上行阻尼力达到最大；当活塞杆总成处于压缩行程时，下限位器的上簧座顶面将活塞上的单向阀堵塞，下腔停止卸油，活塞下行阻尼力达到最大，起到限位缓冲的作用；弹簧可减缓活塞工作时的速度，使阻尼力随活塞的行程而改变。

由于上述液压限位缓冲减振器结构复杂，随后在此基础上，提出了一种新型液压限位变阻尼减振器。其主要结构参数与普通双筒式液压减振器较为相似，只是增加了一套带有卸荷阀和限位弹簧的浮动活塞总成，其结构如图4所示。当减振器的压缩行程超过限位弹簧的长度，主活塞与浮动活塞相接，堵住浮动活塞中部的油液主通道；主活塞继续下行时，浮动活塞下腔的油液通过通过浮动活塞上的阻尼小孔或底阀上的压缩阀挤入储油腔，使压缩阻力急剧增大，产生数值上等于工作缸面积与限位压强乘积的限位力，使减振器具有液压限位缓冲作用。

为了避免减振器在拉伸行程和压缩行程活塞与导向套和底阀座发生刚性碰撞，2013年郭孔辉院士及其团队提出了一款双向液压限位减振器，不仅可以调节减振器的压缩阻尼力和复原阻尼力，还可以利用这种随行程变化的阻尼力来控制车身的加速度和悬架的动行程，具体结构如图5所示。

带有空心轴的悬浮底阀总成代替普通固定的底阀总成，且底阀上不设阻尼孔，压缩行程时油液通过空心轴进入底阀装置。当压缩行程较大时，活塞杆上的流通流通阀通道被其遮挡，无杆腔压力压力上升，使阻尼力变大，进而产生压缩限位作用。在空心轴与活塞上的流通阀通道配合后，空心轴下方的单向补偿阀打开，利用两腔的压力差进行补油；设置在导向套下面的复原限位管和设置在活塞上部的复原限位锥体在复原行程较大时相结合，有杆腔内油液被封闭，腔内压力上升，使阻尼力变大，进而产生复原限位作用。且悬浮式的浮动底阀总成可进行微量的径向移动，以抵消两轴线产生的微量便宜对空心轴的损害和不必要的摩擦，以提高减振器的寿命。

2013年，锦州立德减振器有限公司自发研制一款双活塞阻尼减振器，其结构是在原有的活塞杆总成基础上增加了一套浮动活塞总成，此浮动活塞总成具有液压限位功能，其部分结构如图6所示。其浮动活塞上设有流通槽，浮动活塞与导向套之间设有起缓冲作用的螺旋弹簧。

减振器未工作时，螺旋弹簧未被压缩，其长度为弹簧的自然长度。当减振器处于拉伸行程时，限位缓冲垫与浮动活塞总成相接触，使得浮动活塞上的常通孔被限位缓冲垫遮住一部分，从而上腔油液流回下腔；随着拉伸行程位移的增加，限位缓冲垫与浮动活塞总成一起压缩限位弹簧向导向套的方向做减速运动。此时浮动活塞总成上腔油压升高，上腔油液在压力的作用下通过浮动活塞上的常通孔与限位缓冲垫形成小孔节流作用，从而产生较大的附加阻尼力，起到限位缓冲的作用。

参考以上液压限位结构，今年笔者运用工作缸缩颈形成环状缝隙附加阻尼力原理，设计一款新型液压限位减振器，其结构示意图如图7所示。工作腔腔壁与缓冲腔腔壁之间的锥形过渡段，辅助活塞上开有沿轴向截面积逐渐减小的凹槽。由于辅助活塞与缸壁之间形成的通流面积不断减小，形成环状缝隙阻尼，实现弱液压缓冲，可避免缓冲腔直径突然减小而引起的压力冲击。通过调整辅助活塞底面的直径d与锥面锥角α的大小，可实现最大阻尼力的调整；通过调整主活塞与辅助活塞之间的距离，可以实现阻尼力峰值点位置的调整；过调整锥形过渡段的长度、锥形辅助活塞的锥角及其上的凹槽的数量及尺寸，可实现强弱缓冲的平稳过渡。

3、结语

液压限位缓冲减振器在汽车悬架减振器中逐步得到了应用，但是对其研究仍旧处于起步阶段，还有很多需要深入讨论的问题。

液压限位结构的设计与简化。现阶段液压限位结构主要类型分为两种，一种是利用限位弹簧在拉伸与压缩极限处堵塞某一单向阀而形成小孔节流作用产生液压缓冲作用，另一种是利用工作缸缩颈与浮动活塞行程环状缝隙阻尼形成缓冲作用。对比两种作用形式，笔者认为减振器内部加入限位弹簧及其组件增加了减振器结构的复杂性，生产时需要对其进行简化设计。

建立准确的动力学模型。使用计算机仿真手段研究液压限位结构对减振器性能的影响，均是基于普通汽车减振器模型建立液压限位结构等效液压模型，其模型建立的准确性是研究液压限位减振器对汽车平顺性的影响起着至关重要的作用。

虽然液压限位减振器的研究我国仍处于起步阶段，液压限位减振器对于改善越野车辆及特种装备车辆的舒适性有着显著的效果，这为液压限位技术的发展和水平的提高提供了巨大的动力。

[1] 孙胜利.位移相关减振器动力学建模及对车辆性能影响的研究[D],长春:吉林大学,2008．

[2] 郭孔辉等. 泵式位移相关变阻尼减振器. 中国，200710054822.8. [P]. 2007-12-26.

[3] 郭孔辉. 液压限位式变阻尼减震器. 中国，200720094743.5. [P]. 2008-08-27.

[4] 郭孔辉. 分立底阀式变阻尼液压限位减震器. 中国，200920160 131.0. [P]. 2010-05-19.

[5] 王冕等. 双向液压限位减震器. 中国，201110245924.4. [P]. 2013-03-06.

[6] 陈双等.液压限位缓冲结构在汽车减振器上的应用[J],农业装备与车辆工程，2013.

[7] 王雪等. 液压限位缓冲结构减振器. 中国，201420654821.2. [P]. 2014-01-23.

[8] 陈双等.汽车悬架双活塞阻尼减振器特性研究[J].汽车技术，2014.

The Research Summarization of Hydraulic Limiting Shock Absorption for Automobile Suspension

Wang Xue, Zeng Qingdong, Zhang Xiaoting, Li Aijing, Tian Xue, Cao Yulin
(College of Automobile and Transportation Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001 )

With the development of the automotive industry, the demand for shock absorption toward high-performance, high stability and security .Hydraulic limiting shock absorber application and research in the suspension system has been widespread concern . First , this paper discusses the difference between ordinary and hydraulic limiting shock absorber in dynamometer;Then according the various researches of hydraulic limiting structures for automotive suspension, summarized its structure and working principle; And finally make a discussion between these hydraulic limiting structure which is more suitable for shock absorber.

automobile suspension; hydraulic limiting shock absorber; additional damping force

U463.3

A

1671-7988(2015)05-148-03

王雪，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。