汽車懸架的復原阻尼比壓縮阻尼大一些是否更有利?
遠離大學N年了,也不研究懸架方向。你這太專業,沒有導師支援或學術文獻參考是解決不了的。
只知道一些皮毛。看圖。
壓縮及伸張行程分別有兩個單向閥工作。
壓縮行程開啟的是壓縮閥和流通閥,由於閥的設計原因(如彈簧剛度、預緊力、閥孔大小等),使此時的阻尼力較小,使彈簧充分發揮緩衝作用。
伸張行程開啟的是伸張閥和補償閥,此時阻尼力較大,給減振器充分的減振時間,同時保護彈簧不會被過度拉伸。
另外拉伸較大會改變車輛重心,影響轉彎、加速等情況下的車身穩定性。
更專業的量化分析不瞭解。
首先說懸架的組成和對應功能。
彈性原件,減振器,橫向穩定杆,導向機構。
彈性原件,即彈簧或者副簧,功能是緩衝衝擊。
減振器吸收振動。
橫向穩定杆,其實也算是彈性原件,提高側傾剛度。
導向機構為的是獲得理想的輪胎姿態(k&c特性)。
既然是對減振器阻尼的疑惑,就從功能說起,減振器的功能是吸收振動,細化說也提供轉向時候一定的支撐,這裡只說大方向。
減振器本身不吸收衝擊,衝擊靠的是彈簧,由動能變為彈性勢能儲存起來,然後在伸長行程過程中由減振器吸收,並釋放熱能。
如果減振器壓縮行程阻尼大,彈簧的吸收衝擊的效果回降低,舒適性下降。同樣如果振動不能快速吸收,車輛不穩定的狀態延長,影響操縱安全性。
從原理上說,彈簧是位移和力值關聯,減振器是速度和力值關聯。
簡要的即是如此。
回答一下你的第一點。
在理想的平直道路上,直線勻速行駛,即使把車子的減震器拿掉,車子的舒適性沒有改變。
實際情況是,在良好的道路直線勻速行駛,減震器阻尼越小,舒適性越高。
但是考慮到彎道,坑窪路面,等複雜情況,具體設定怎樣的阻尼就要看車廠的著重點了。普通減震器阻尼固定(分為壓縮阻尼和回彈阻尼兩個不同固定數值)
(可變阻尼,可變彈簧就不討論了)
可以拿過減速帶來舉例說明。
分為兩個階段,第一個階段是車輪從地面壓到減速帶頂點,第二個階段是車輪從頂點壓到地面。
第一個階段,主要是減震器壓縮,如果減震器阻尼太大太硬,肯定會很癲。
這個階段不討論,因為壓縮阻尼要考慮彎道等情況,不可能為了減速帶最佳化。
第二個階段,主要是減震器回彈。
我們來詳細討論一下這個階段。
先看看如何做到舒適性最佳?
在高速過減速帶時,減震器回彈階段,可以看做車輪是懸空的,因為車輪剛從一個高臺階下來,高速狀態下是車輪懸空,然後著地。
在車輪著地之前,回彈阻尼減為最小,
在車輪著地之後的一瞬間,回彈阻尼增加到最大,(假設壓縮阻尼不變),舒適性可以做到最好。
為什麼回彈阻尼要變為最大呢?
因為車輪是懸空的,車輪相當於一個拳擊手,重重的擊打地面。此時車輪的回彈速度很快,車輪具有很大的質量與慣性,一旦車輪重重的擊打地面,會給車身傳遞一個很嚴重的反方向作用力。
所以在車輪接觸地面的一瞬間,將回彈阻尼加大,可以降低車輪迴彈速度,降低車身衝擊。
回彈阻尼控制的是車輪的回彈速度,阻尼小,回彈快。
壓縮阻尼要承受整個車身的壓力,壓縮阻尼大,車子就不舒適;壓縮阻尼小,遇到一個減速帶,就可能減震器直接頂到底,產生碰撞損壞,乘坐也不舒適。
這麼看,壓縮阻尼不好隨意改變,那麼,回彈阻尼是不是可以變小一點呢?
確實回彈阻尼可以小一點,但是不能過分的小。
舉個例子,假設車子沒有前後防傾杆,(很多車子目前就沒有後防傾杆)
車輛進行繞樁測試,車輛的重心是左右快速變化的。(可能說重心不準確,簡便說法了)
還是假設壓縮阻尼固定,選取兩種回彈阻尼來對比,來對比選擇怎樣的阻尼。
一,回彈阻尼很大
車子重心在左邊,然後重心迅速切換到右邊。
左邊的車輪就會緩慢的回彈,給車身一個向上的力比較小。車子就會穩一點。
二回彈阻尼很小很小
車子重心在左邊,然後重心迅速切換到右邊。
左邊的車輪就會快速的回彈,給車身一個先上的力比較大,也就是車子左邊翹起會很嚴重,車輛不太穩。
綜上,回彈阻尼可以比壓縮阻尼稍小一點,但是不能小的過分。
防傾杆可以和減震器相互配合,但是起主導作用的依舊是減震器。因為防傾杆只適合在車輪大範圍擺動,並且左右擺動幅度不一致,才起到作用。
如果是小範圍擺動,或者兩個車輪同時一起上下大幅度擺動,那麼防傾杆不起作用,起作用的只有減震器。
綜上,壓縮阻尼需要兼顧各種路況,轉彎,在壓縮阻尼確定的情況下,回彈阻尼可以比壓縮阻尼稍小一點,但是不能小的過分。
PS:回彈阻尼到底是比壓縮阻尼小,還是大,這個沒有具體研究,不過可以透過能量的轉移來分析一下:
壓縮行程的時候,減震器,彈簧吸收的是整個車身的能量。
回彈行程的時候,多餘的能量是透過車輪的運動釋放掉,但是車輪質量很小,車身質量很大。於是為了讓車輪迴彈的速度不是過分的大,回彈阻尼要很大才行。
所以回彈阻尼大於壓縮阻尼吧。
兩個阻尼作用點不同,反正就是透過調教,根據車子的舒適性取向,兩個數值差異不要過分的大。
(可變阻尼可變彈簧不討論)
非本專業,但是耳濡目染了一些,從工程師角度試答。針對安全性和舒適性,懸架評價要從整車角度看。而且效能部門通常會說操縱穩定性和舒適性。handling & comfort。此外考察這兩點一般也不會用你選的這幾個指標,而是有更公認的評價手段和指標。
至於壓縮阻尼為何小於回覆阻尼,汽車理論裡面應該有提到,建議查閱。
很有意思的問題,要回答全面細緻,需要深厚底盤調校心得,只能調校工程師來講。作為啥都幹過一點的半桶水,我嘗試從大方向上聊一聊為什麼會是這樣。
問題有兩個,
一個是壓縮與復原阻尼力的設定,二是評價指標的體現
。
第一個問題:壓縮與復原阻尼力的設定
實際上,題主想問的是減振器的復原阻尼力比壓縮阻尼力大一些是否更有利,畢竟,減振器提供了懸架的絕大部分阻尼。而事實上,我們看到的大多數減振器的復原阻尼力確實是大於壓縮阻尼力的。下圖是一個典型的減振器速度特性曲線實測圖,可以看到復原阻尼力大約是壓縮阻尼力的兩倍。
一個常見的減振器速度特性圖
那麼,汽車懸架的復原阻尼比壓縮阻尼大一些是否更有利?
這完全取決於你面對的是一臺什麼型別的車。
如果是消費級家用汽車,主打舒適性,一般減振器阻尼力(復原:壓縮)範圍在(2:1)~(3:1)左右,我們最常見的都是家用車,所以見到的大多數減振器復原阻尼力都大於壓縮阻尼力。
如果是一臺小鋼炮、效能車,主打操控性,那麼很大可能會看到復原與壓縮阻尼力相當,甚至於反過來壓縮阻尼大於復原阻尼。
家用汽車,使用場景里路況複雜,好路壞路,溝溝坎坎,而我們又需要好的乘坐舒適性。於是,在比較粗糙的路面、路面接縫、過坎等工況時,我們不希望過大的衝擊傳遞上來,於是需要較低的壓縮阻尼力,保證基本的舒適。這裡說的衝擊可以理解為路面突出-輪胎-懸架-車體傳遞上來的振動感,高的壓縮阻尼力(可以假想一下,如果把阻尼力看做一個無窮大的值,那麼輪胎與上車體也就成為了一個剛性連線,所有路面振動都會一絲不減地傳遞上來那麼車體就會隨著路面不平一起上下晃動;順著這條思路再假想,隨著阻尼力慢慢降低,車體的振動感覺也會減少),讓車體內能夠感到dong的一下,一般使用者會對這一感覺有直觀感觸;而復原行程,也就是懸架下跳,動作主要在輪胎,使用者敏感度沒那麼高,所以,設定高復原阻尼力既滿足耗能需要,又不會讓乘客過多的感知。
而振動能量傳遞上來終歸是需要全部耗散掉的,壓縮保了舒適放過一些振動能量,那麼在壓縮完進入回彈復原時,就要解決掉它,提高復原阻尼力就是為了消耗掉振動能量,如若不然,能量一直存在於系統內得不到有效消除,振動會一直持續,反映到車上的感受就是餘振明顯;
與此同時,
低的壓縮阻尼配合高的復原阻尼,也是在操控性上進行一定彌補的需要
,比如過彎時,車輛左右兩側是一側壓縮另一側拉伸(拉伸對應的就是減振器復原行程),壓縮側由於阻尼力較小車身姿態會發生傾斜,這是不好的體驗,這時候有較高的復原阻尼,那麼同一時刻發生在另一側的高拉伸阻尼力會起到彌補作用,讓車身姿態能夠保持到合適水平;在調校時,面對一些溝溝坎坎的壞路面,我們增加復原行程阻尼力,舒適性改善效果也是明顯的。
下面這張圖可以簡單描述一下大阻尼、小阻尼對振動的影響趨勢:大阻尼衝擊大,衰減快;小阻尼衝擊小,衰減慢。調校就是在不同的工況下,對阻尼大小進行除錯、取捨。
藍色大阻尼,紅色小阻尼,縱座標為加速度幅值:阻尼大,加速度大,衰減快,反之亦然
而效能車,或者賽道車,使用場景都是環線,路況很好,需要的是精準的轉向、有力的車體支撐,追求極限速度,操控性為主,所以阻尼力的壓縮與復原設定比例與家用車有著較大不同。
第二個問題:評價指標的體現
題主提出的三個指標簧載質量加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷,是汽車理論或者汽車動力學課本里面平順性章節中述及引數,
是專門用作懸架二自由度模型計算評價的指標
。
簧載質量加速度反映舒適性,輪胎動載荷反映操控性;
懸架動撓度是個中間量,更多反映緩衝方面的表現,這裡暫不考慮它。那麼,咱就跟著汽車理論的知識,建個數學模型,解一下方程。
在做最基礎的懸架動力學研究時,通常將車輛簡化為一個二自由度模型,如下圖所示,在汽車的中心位置擺一道十字,就將汽車分為了左前、右前、左後、右後四個部分。然後,我們把左前懸架部分單獨拿出來做例子,就可以把它看做一個二自由度模型,二自由度指的是簧載質量(車身)、非簧載質量(輪胎)兩個質量的垂直於地面的垂向自由度。懸架的作用也就是協調好這兩個質量的運動,使之協調,進而讓乘員感到舒適。下圖的二自由度模型引數含義:M表示車身質量;m表示車輪質量;k表示懸架剛度,也可以簡答理解為彈簧剛度;c表示懸架阻尼,在這裡也可以簡單理解為減振器阻尼;kt表示輪胎剛度。
車輛簡化過程示意圖,SAE座標系
做一般的分析時,上述的減振器阻尼c取一個定值即可,而咱這兒要具體分析復原阻尼力、壓縮阻尼力的關係,那就不可以再用定值了。將c值按照壓縮、復原兩個行程,分別設定兩個不同的值。
我們設定三個例項子:1-壓縮、復原c值相等;2-高復原低壓縮;3-高壓縮低復原;三組例子保持總體的等效阻尼一致,隨便用MATLAB/Simulink拖了下模型,沒注意排版,很醜請見諒。
排版醜到爆的二自由度模型
利用上述三組阻尼方案不同車速跑B級、C級路面,
簧載質量加速度與車輪動載荷兩個指標的均方根值看不出明顯差異
。
因此,需要利用特殊工況看看結果,再來跑一個50kph過減速帶的工況,以簧載質量加速度為例顯示如下。第一個波峰是壓縮行程,可以看到藍線為代表的高復原低壓縮加速度最小;第二個波峰是復原行程,藍線為代表的高復原耗散能量能力最好。
Simulink跑的二自由度模型車身加速度對比圖
但是,總體而言,採用二自由度模型很難定量的解釋好題主的問題,因為模型是線性模型,自由度低,只能定性不能定量。
要想用CAE辦法弄清楚,還是需要細緻的多體模型,輪胎得上F-Tire,慢慢考究。最終,還是需要調校工程師以實車主觀評價除錯為主,實際中減振器阻尼也不是線性值,一般都會有兩段、三段特性,每一個阻尼段的除錯都對應到調校場地的不同路況,涉及到在舒適&操控中找平衡,相當繁瑣一裝活,非三言兩語能夠說清。
回答中謬誤之處,還望指正。
行文不易,感謝關注、點贊。
汽車研發工程師一枚,機械博士文憑,沒事寫點硬到磕牙的汽車技術乾貨,也寫點汽車保養維修小姿勢。
對車感興趣的老司機們可以關注一波,沒事咱湊一起聊聊車呀。
所謂的汽車操控性好到底是怎麼樣一種體驗?
為什麼有人瞧不起凱迪拉克?
為什麼現在這麼多人吹奧迪?
奧迪e-tron的哪一個點吸引你,為什麼?
為什麼車子開久了底盤會變得鬆散?
汽車的各種異響真的沒辦法避免嗎?
保時捷卡宴的三腔空氣懸掛和動態底盤控制還有主動防側傾技術,真的有那麼厲害嗎,還是說只是個噱頭?
汽車上有哪些看著不起眼但是技術含量特別高的零部件?
文章有點多,關注了慢慢看多好。