双向作用筒式液力减振器的性能研究

减振器是汽车悬架的重要组成部分，在压缩和伸张两个行程内均能起作用的减振器，称为双向作用式减振器；若仅能在伸张行程内起作用则称为单向作用式减振器。目前，在汽车上被广泛使用的是双向作用筒式液力减振器。

1.对双向作用筒式液力减振器的性能要求

减振器的阻尼力越大，振动消除得越快，但同时它会制约或削弱弹性元件的作用，如果阻尼力无穷大，那么车架与车桥（或承载式车身与车轮）之间的连接其实质就是刚性连接，悬架将失去缓冲和减振的作用；另外，阻尼力过大还可能导致减振器连接的零部件或车架的损坏。相反，如果减振器阻尼力偏小，将不能很好的消除弹性元件产生的振动，不能看出，弹性元件与减振器是一对矛盾，为合理解决这一对矛盾，取得车辆最佳的行驶平顺性和驾乘的舒适性，对减振器的性能要求是：

1.1.在悬架压缩行程（车架与车桥相互移近的行程）内，减振器的阻尼力应相对较小，以便让弹性元件充分发挥其弹性从而达到缓和冲击的目的。

1.2.在悬架伸张行程（车架与车桥相互远离的行程）内，减振器的阻尼力应相对较大，以求迅速减振。

1.3.当车架与车桥（或承载式车身与车轮）的相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，防止阻尼力因此而急剧变大，使其始终保持在一定限度内，以避免承受过大的冲击载荷。

2.双向作用筒式液力减振器的结构及工作原理

双向作用筒式液力减振器如图所示，一般都有活塞杆1、工作缸筒2、活塞3、伸张阀4、储油缸筒5、压缩阀6、补偿阀7、流通阀8、导向座9、防尘罩10和油封11组成。流通阀和补偿阀是一般的单向阀，其弹簧弹力很小，当阀上的油压作用力与弹簧力同向时，阀处于关闭状态，完全不通油液；而当油压作用力与弹簧反向时，只需很小的油压压力，阀便能开启。伸张阀和压缩阀是卸载阀，其弹簧较强，预紧力较大，只有当油压升高到一定程度时，阀才能开启；而当油压降低到一定程度时，阀即自行关闭。

其工作过程包含压缩和伸张两个行程。

2.1.压缩行程

当汽车车轮驶离凹坑或滚上凸起时，车轮移近车架（或车身），减振器受压缩，活塞下移。活塞下面的腔室（本文简称下腔）容积减小，油压升高，流通阀随即打开，油液经过流通阀流到活塞上面的腔室（本文简称上腔）。活塞杆始终处于上腔当中，必定占去一部分空间，因此，上腔增加的容积小于下腔减小的容积，随着活塞的下行，下腔内油液的液力逐渐增大，当压力能够克服压缩阀弹簧的预紧力时，压缩阀开启，部分油液流经压缩阀流回储油缸筒内。这些阀对油液的节流便形成对悬架运动的阻尼力。

2.2.伸张行程

当车轮驶进凹坑或滚离凸起时，车轮相对车身移开，减振器受拉伸。减震器活塞上移，上腔油压升高，因流通阀弹簧较弱，流通阀先行关闭，伴随着活塞的上行，上腔油压进一步升高，当上腔油压能够克服伸张阀弹簧的预紧力时，压缩阀开启，油液流经伸张阀进入下腔，由于活塞杆的存在，上腔流来的油液不足以填充下腔增大的容积，因此，下腔会产生一定的真空度，因补偿阀弹簧较弱，真空度不需很大储油缸筒内的油液便可推开补偿阀流入下腔进行补充。在此过程中，这些阀的节流作用即形成对悬架伸张运动的阻尼力。

图 1 双向作用筒式减振器

3.双向作用筒式液力减振器的性能分析及优化设计

为满足前述对减振器性能的要求，在设计时应考虑如下几种因素对减震器性能的影响并采取相应技术措施。

3.1.阀开启截面积对阻尼力的影响

在其他因素一定的情况下，在悬架的压缩行程，流通阀全部开启时油液流通截面积越大其阻尼力越小，因此，为使弹性元件能充分发挥其弹性从而达到缓和冲击的目的，减振器的阻尼力应相对较小，所以流通阀开启截面积较大，以使油液能以较小的阻力从下腔流入上腔；另外，压缩阀截面积也适当大于伸张阀的截面积，由活塞杆导致的上下腔变化容积不等而多出的部分油液能较顺利地通过压缩阀进入到储油缸筒。

在悬架的伸张行程，对油液起节流作用的伸张阀截面积取值要小于压缩阀，从而取得较大的阻尼力，以便能迅速减振。

3.2.弹簧刚度及预紧力

为使减振器能取得最佳的使用性能，在悬架压缩行程先行打开的流通阀弹簧刚度较小，油压稍有变大即可将其顶开；在悬架伸张行程，补偿阀需要依靠下腔油液真空度打开，为了取得比压缩行程更大的阻尼力，补偿阀弹簧刚度应大于流通阀弹簧刚度。

无论是流通阀还是补偿阀，其弹簧刚度相对于压缩阀和伸张阀而言还是非常弱的，产生阻尼力最重要的因素在于压缩阀和伸张阀具有较强的弹簧刚度和较大的预紧力。

压缩阀弹簧刚度越强，预紧力越大，悬架在压缩行程的阻尼力越大，伸张阀弹簧刚度越强，预紧力越大，悬架在伸张行程的阻尼力越大。为了使伸张行程减振器阻尼力大于压缩行程的阻尼力，应适当加大伸张阀的弹簧刚度和预紧力。

3.3.常通缝隙的设计

如前所述，阻尼力的大小随车架和车桥（或车身和车轮）相对速度的增减而增减，因此，压缩阀和伸张阀的节流阻力也应随着减振器活塞的运动速度而变化。例如，当车架或车身振动缓慢（即活塞向下的运动速度较低）时，油压不足以克服压缩阀弹簧的预紧力而推开阀门，此时，即便是流通阀轻易被打开，但由于活塞杆的存在，上下腔有效容积的变化不等，若压缩阀迟迟不能被打开，多余的油液就无法流入储液缸筒，压缩行程阻尼力将持续增大，地面作用于车轮的冲击会直接传递到车架或车身，减弱或妨碍了弹性元件的缓冲功能，因此，即便是活塞向下的运动速度较低时，压缩阀也应打开一定开度，即压缩阀应该留有一定开度的常通缝隙，以便使得多余油液能够在一定的节流调控下流回到储液缸筒。当车身剧烈振动，即活塞向下运动的速度较高时，活塞下腔油压骤增，达到能够克服压缩阀弹簧的预紧力时，便推开压缩阀，使油液能在很短的时间内通过较大的通道流回储油缸筒。这样，油压和阻尼力都不致超过一定限度，从而保证压缩行程中弹性元件的缓冲作用得到充分发挥。

同样，伸张阀也应留出一定开度的常通缝隙，当车轮向下运动速度不大（即活塞向上的运动速度不大）时，油液经过伸张阀的常通缝隙流入下腔，由于通道截面积很小，便产生较大的阻尼力，从而消耗了振动能量，使振动迅速衰减。当车身振动剧烈时，活塞上移的速度增大到使油压足以克服伸张阀弹簧的预紧力时，伸张阀开启，通道截面积增大，使油压和阻尼力保持在一定限度内。这样，可使减振器及悬架系统的零部件不会因超载而损坏。