汽车减振器设计与特性仿真

本书是作者对汽车减振器设计及特性仿真多年研究成果的总结编写而成的，基本思路是根据对车辆行驶振动平顺性的要求，对基于车辆安全性和舒适性相统一的悬架系统及阻尼匹配进行研究，然后对液压筒式减振器的结构和工作原理、减振器设计及特性仿真基本理论进行分析，建立液压筒式减振器节流阀参数设计数学模型和优化设计方法及减振器特性仿真模型，在此基础上对减振器节流阀参数CAD及特性仿真软件开发进行研究。随后对减振器阀系参数设计及影响因素进行了分析，对可控减振器设计进行了讲述，对减振器特性仿真及影响因素进行了分析。最后，对减振器结构零部件设计进行了分析，并结合实例对减振器特性试验与整车平顺性试验进行了介绍。

本书可作为车辆工程、交通运输及相关专业的本科生和研究生的学习参考书，亦可作为车辆工程技术人员进行液压筒式减振器设计的重要参考资料。

目前，国内外有关汽车液压筒式减振器设计理论和方法的书很少。本书是作者对汽车液压筒式减振器多年研究成果的总结编写而成的，包含了作者的最新理论研究成果。本书为高等院校汽车工程专业的本科生及研究生提供了比较系统的有关汽车减振器设计理论和方法，对于从事汽车或其他车辆工程技术人员也具有重要实际参考应用价值。本书力求深入浅出，循序渐进，以车辆行驶振动简化模型为研究模型，以车辆行驶平顺性、操作稳定性和乘坐舒适性为研究目标，以汽车液压筒式减振器设计理论和方法为主线，分别对车辆简化模型的振动及特性进行分析，对车辆悬架最佳阻尼匹配进行探讨；对汽车液压筒式减振器设计基本理论进行了分析，对减振器节流阀参数优化设计方法进行了介绍，对减振器特性仿真模型的建立进行了阐述；对减振器节流阀参数设计和特性仿真影响因素进行了定量分析；对减振器结构零部件的设计理论、方法及注意事项进行了介绍；对可控减振器节流阀参数设计及控制规律进行了探讨；对汽车液压筒式减振器节流阀参数CAD及特性仿真软件进行了介绍，并对研发的软件工具和相关技术进行了说明；最后，结合实例介绍了汽车液压筒式减振器特性试验及整车行驶平顺性试验。内容精简，叙述力求深入浅出，层次分明，既有理论分析，又有特性试验。各章节注重前、后的逻辑性和衔接性，将新理论和方法与实际设计相结合。

在本书编写过程中，得到了山东理工大学领导的支持，同时所指导研究生赵雷雷、毛少坊、郭剑、李红艳、高春蕾和文森淼等同学也做了大量工作，他们对书中的文字内容进行了校对，对书中的插图进行了绘制，在此表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免有错漏、不妥之处，恳请读者批评指正。

汽车减振器设计与特性仿真/周长城著.—北京：机械工业出版社，2012.4

ISBN 978-7-111-37673-6Ⅰ①汽… Ⅱ①周… Ⅲ①汽车—减振装置—仿真设计 Ⅳ①U463 330 2

中国版本图书馆CIP数据核字（2012）第040494号

机械工业出版社(北京市百万庄大街22号 邮政编码100037)

策划编辑：何士娟 责任编辑：何士娟

版式设计：霍永明 责任校对：樊钟英

封面设计：路恩中 责任印制：乔 宇

三河市国英印务有限公司印刷

2012年5月第1版第1次印刷

184mm×260mm·18印张·441千字·277页

0001—3000册

标准书号：ISBN 978-7-111-37673-6

定价：56.80元

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[1]作者简介

前言

第1章绪论1

1.1车辆悬架的作用及性能要求1

1.2车辆悬架的组成3

1.3液压筒式减振器发展及研究状况7

1.4减振器特性仿真研究现状10

1.5液压筒式减振器的发展趋势11

第2章车辆简化模型及振动13

2.1车辆振动简化模型13

2.2单质量车身振动及特性14

2.3双质量车身车轮振动22

2.4双轴汽车垂直和俯仰平面振动26

2.5“人?车”三自由度系统的振动28

第3章汽车行驶振动31

3.1道路路面不平度的统计描述31

3.2平顺性分析35

3.3车辆平顺性及评价47

第4章悬架系统阻尼匹配58

4.1基于舒适性的悬架系统最佳阻尼比58

4.2基于安全性的悬架系统最佳阻尼比60

4.3基于舒适性和安全性的最佳阻尼比60

4.4被动悬架系统最佳阻尼可行性设计区64

4.5悬架系统最佳匹配减振器的阻尼特性65

第5章液压筒式减振器69

5.1液压减振器的分类69

5.2液压筒式减振器的结构和工作原理69

5.3减振器特性及特性参数71

5.4减振器的安装及其对特性的影响76

第6章减振器油液及节流损失78

6.1减振器油液的物理、化学性质78

6.2减振器油液压力冲击及气蚀82

6.3油液流动定理85

6.4油液压力损失86

6.5减振器油液的使用要求90

6.6油液流经小孔和缝隙的流量91

第7章液压筒式减振器阻尼构件分析96

7.1活塞缝隙阻尼分析96

7.2复原阀阻尼构件分析97

7.3压缩阀阻尼构件分析100

7.4流通阀阻尼构件分析101

7.5补偿阀阻尼构件分析102

第8章节流阀片变形量与应力及等效厚度计算103

8.1节流阀片在均布压力下的变形量解析计算103

8.2节流阀片在均布压力下的应力解析计算106

8.3节流阀片在非均布压力下的变形量解析计算109

8.4节流阀片在非均布压力下的应力解析计算113

8.5节流阀片在环形集中力下的变形114

8.6节流阀片在环形集中力下的应力计算120

8.7减振器叠加节流阀片等效厚度的计算与拆分设计125

第9章液压筒式减振器节流阀参数设计128

9.1减振器阀系参数设计顺序和设计方法128

9.2基于速度特性的减振器复原阀参数设计数学模型130

9.3基于速度特性的减振器压缩阀参数设计数学模型133

9.4减振器节流阀参数的曲线拟合优化设计方法135

9.5减振器节流阀参数黄金分割优化设计方法139

9.6基于车辆参数的减振器阀系参数设计145

第10章减振器节流阀参数设计影响因素149

10.1阀系设计参数与影响因素149

10.2设计参数影响因素分析151

10.3参数优化选择基本原则164

第11章可控减振器节流阀参数及控制规律设计168

11.1可控减振器结构及其工作原理168

11.2可控减振器节流阀参数设计168

11.3可控减振器可调阻尼孔控制规律设计174

第12章减振器特性分段函数建模与仿真179

12.1减振器特性179

12.2减振器特性分析180

12.3减振器外特性仿真184

12.4内特性仿真187

12.5特性仿真与特性试验比较193

第13章减振器特性的影响因素194

13.1常通节流孔的影响194

13.2节流阀片的影响196

13.3活塞缝隙的影响202

13.4油液粘度的影响204

13.5油液温度的影响207

第14章减振器节流阀参数CAD及特性仿真软件212

14.1减振器节流阀参数CAD软件简介212

14.2CAD软件研发工具软件及相关技术217

14.3减振器CAD软件的功能设计218

14.4减振器CAD软件的数据传递接口设计220

14.5减振器CAD软件的控件技术实现图形与图纸处理221

14.6减振器特性仿真软件简介222

14.7减振器特性仿真系统的功能设计232

14.8减振器特性软件的研发工具及相关技术233

第15章减振器结构零部件设计236

15.1减振器内、外缸筒设计236

15.2减振器活塞杆总成的设计237

15.3减振器活塞总成的设计238

15.4减振器底阀总成的设计240

15.5导向器及油封的设计242

第16章减振器特性试验与整车平顺性试验244

16.1减振器特性试验内容与试验设备244

16.2减振器特性试验245

16.3平顺性振动测试系统251

16.4平顺性试验常用的仪器和设备256

16.5某轻型越野车行驶平顺性试验实例及测试结果分析265

16.6某轿车减振器室内特性试验与整车振动试验270

16.7某农用三轮车减振器特性试验与整车行驶平顺性试验272

参考文献277

《汽车减振器设计与特性仿真》可作为车辆工程、交通运输及相关专业的本科生和研究生的学习参考书，亦可作为车辆工程技术人员进行液压筒式减振器设计的重要参考资料。

周长城，男，博士，教授，1962年出生，山东省泰安人。1986年本科毕业于山东理工大学，1993年研究生毕业于江苏大学，2006年博士毕业于北京理工大学。博士论文研究课题“汽车减振器阀系解析计算与特性综合仿真研究”，获得北京理工大学“全国百篇优秀博士论文育苗奖励基金”的资助，并获得北京理工大学优秀博士论文奖。博士毕业后一直在山东理工大学从事车辆悬架设计及理论研究，建立了减振器设计基本理论和方法，解决了一直制约减振器阀系参数设计的关键性问题，先后发表车辆悬架设计及理论方面的研究论文96篇，其中，EI收录46篇，国外期刊论文4篇，出版教材和专著9部。作者在车辆悬架设计及理论方面取得的创新研究成果有：建立了减振器节流阀片变形、应力解析计算方法、减振器叠加阀片等效厚度解析计算公式和叠加阀片等效拆分设计原则和方法，建立了减振器油液非线性节流损失解析计算方法，建立了基于多点速度特性和车辆参数的减振器阀系参数曲线拟合优化设计方法，建立了减振器特性仿真分段函数数学模型，开发了汽车减振器CAD及特性仿真软件，并推广应用，真正实现了汽车减振器现代化计算机辅助设计（CAD）。所建立的减振器设计理论和方法及所开发的汽车减振器CAD及特性仿真软件，得到了国内外同行专家的关注和认可，2010年获得“2010年度中国汽车工业科技进步三等奖”，获得山东省淄博市科技进步一等奖。同时，作者对空气悬架、油气悬架、半主动悬架和主动悬架设计及理论也进行了研究，建立了油气悬架设计理论和方法，建立了车辆悬架钢板弹簧解析优化设计理论和方法，建立了悬架稳定杆橡胶衬套变形和刚度解析计算方法，及悬架稳定杆的设计理论和方法，建立了基于安全性和舒适性相统一的车辆半悬架实时最佳阻尼匹配数学模型，为车辆半主动悬架及主动悬架设计奠定了理论基础。作者所建立的车辆悬架设计理论和方法，对于提高我国车辆悬架设计研究领域理论水平，提升我国在车辆悬架研究领域的自主创新能力，提高我国汽车行业在国际上的竞争实力，推动车辆悬架及减振器行业的发展将发挥重要作用。同时，作者所开发的“汽车减振器CAD及特性仿真软件”，可提升减振器企业现代化CAD设计手段，对加快减振器设计开发速度，降低设计和试验费用，提高减振器设计水平和制造质量，提高车辆行驶平顺性、操作稳定性和乘坐舒适性都将产生积极推动作用。