減振器的案例
設計仿真 | Adams中的減振器模型
減振器作為車輛中重要的元件，對瞬態操縱性、平順性、載荷等都有顯著的影響，再疊加國內對連續控制減振器（CDC）落地的火熱研究，使得做車輛動力學的工程師也必須重視對減振器的研究。
回顧動力學中減振器的建模，一般分為兩種：一種是面向結果的，即引用F-V曲線、引用F-S曲線，這里又可以分為（1）直接引用簡化的曲線，或者（2）通過添加數學模型，引用帶有滯回特性的曲線，或者（3）建立半經驗模型，引用曲線。以上這種都可以稱為黑盒子模型。
另外一種就是白盒子模型，即面向減振器結構的，這種模型對于協助理解減振器原理、減振器調校、減振器控制都更有價值，難度也更大。參考文獻[1-7]都是面向結構的研究。
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減振器作為車輛中重要的元件，對瞬態操縱性、平順性、載荷等都有顯著的影響，再疊加國內對連續控制減振器（CDC）落地的火熱研究，使得做車輛動力學的工程師也必須重視對減振器的研究。
回顧動力學中減振器的建模，一般分為兩種：一種是面向結果的，即引用F-V曲線、引用F-S曲線，這里又可以分為（1）直接引用簡化的曲線，或者（2）通過添加數學模型，引用帶有滯回特性的曲線，或者（3）建立半經驗模型，引用曲線。以上這種都可以稱為黑盒子模型。
另外一種就是白盒子模型，即面向減振器結構的，這種模型對于協助理解減振器原理、減振器調校、減振器控制都更有價值，難度也更大。參考文獻[1-7]都是面向結構的研究。
01減振器工作及建模原理
可以在非常多的資料上找到減振器的工作原理。簡而言之，活塞上面有兩個閥（流通閥、復原閥），底座上有兩個閥（壓縮閥、補償閥）；壓縮過程：液體先經流通閥從下腔到上腔，由于存在體積差，壓力不斷增大，打開壓縮閥后，再經壓縮閥出去到貯油腔；復原過程：液體先經復原閥從上腔到下腔，不夠的話，再經補償閥從貯油腔到下腔。
圖1 雙筒減震器的工作原理圖（來源于汽車維修技術網）
建模原理也主要體現在兩個方面[3,4]：（1）是壓力模型（pressure-model）-利用質量守恒推導各腔壓力與活塞桿位置的關系；（2）是流量模型（flow-model），即對每個閥建立流量與壓力的關系（每個閥都是由一系列簡單的閥構成的），這部分難度更大。為了得到閥的特性曲線，可以對其進行試驗研究，或者通過CAE技術考慮線性及非線性的變形，或者根據經驗公式用多項式或者指數函數擬合。
02減振器建模示意
準確的建模，需要具備詳細的減振器知識、推導公式的能力及組織求解的能力。
展開 關注3·15 | 基于NVH測試技術的汽車減振器咕嚕聲異響問題排查與分析
圖3 雙扭曲路面
2.2 NVH技術分析
2.2.1 時域分析鎖定減振器異響
對實車進行主觀評價以確認問題，首先通過布置聽診器發現減振器上支撐和彈簧托盤（即減振器本體）位置異響明顯，初步判定滑柱總成異響；然后通過測試實車振動加速度，進行時域分析，判斷出減振器異響；最后通過減振器ABA（試驗樣件對調）測試確定減振器為異響源，振動時域分析如圖4所示。
圖4 減振器振動時域分析
由圖4可以看出：（1）減振器上支撐振動能量為較規整的正弦波，而本體振動能量有多個聚集區域，所以確認上支撐不是異響源；（2）減振器本體振動明顯，更換故障減振器后異響復現，由此鎖定異響源為減振器本體；（3）異響傳遞主要路徑為輪胎激勵→減振器本體→減振器上支撐→車身。
2.2.2 音頻回放異響對比
采集并對比異響減振器和正常減振器的本體托盤位置的振動加速度數據，通過LMS音頻回放確認異響點，異響為周期性，0.7 s左右出現一次，如圖5所示。
圖5 異響件與非異響件振動時域對比
經音頻回放確認，圖5中所標記部分為振動異響源，兩個減振器本體都出現異響振動能量，但只有當減振器本體振動較大時，振動異響才會表現明顯。
2.2.3 頻域分析
減振器振動的頻域分析如圖6所示，在400 Hz附近，異響減振器比正常減振器的振動峰值高出很多，導致異響產生。
圖6 減振器振動的頻域分析
2.2.4 速度分析
異響減振器發生異響時，減振器托盤運動速度為0.13～0.2 m/s，方向沿Z向（輪胎下跳方向），如圖7所示。
展開 Adams中的減振器模型
減振器作為車輛中重要的元件，對瞬態操縱性、平順性、載荷等都有顯著的影響，再疊加國內對連續控制減振器（CDC）落地的火熱研究，使得做車輛動力學的工程師也必須重視對減振器的研究。
回顧動力學中減振器的建模，一般分為兩種：一種是面向結果的，即引用F-V曲線、引用F-S曲線，這里又可以分為（1）直接引用簡化的曲線，或者（2）通過添加數學模型，引用帶有滯回特性的曲線，或者（3）建立半經驗模型，引用曲線。以上這種都可以稱為黑盒子模型。
另外一種就是白盒子模型，即面向減振器結構的，這種模型對于協助理解減振器原理、減振器調校、減振器控制都更有價值，難度也更大。參考文獻[1-7]都是面向結構的研究。
減振器工作及建模原理
可以在非常多的資料上找到減振器的工作原理。簡而言之，活塞上面有兩個閥（流通閥、復原閥），底座上有兩個閥（壓縮閥、補償閥）；壓縮過程：液體先經流通閥從下腔到上腔，由于存在體積差，壓力不斷增大，打開壓縮閥后，再經壓縮閥出去到貯油腔；復原過程：液體先經復原閥從上腔到下腔，不夠的話，再經補償閥從貯油腔到下腔。
圖1 雙筒減震器的工作原理圖（來源于汽車維修技術網）
建模原理也主要體現在兩個方面[3,4]：（1）是壓力模型（pressure-model）-利用質量守恒推導各腔壓力與活塞桿位置的關系；（2）是流量模型（flow-model），即對每個閥建立流量與壓力的關系（每個閥都是由一系列簡單的閥構成的），這部分難度更大。為了得到閥的特性曲線，可以對其進行試驗研究，或者通過CAE技術考慮線性及非線性的變形，或者根據經驗公式用多項式或者指數函數擬合。
展開 
基于ABAQUS的橡膠減振器非線性有限元分析
圖5 橡膠減振系統傳遞函數
橡股減振器振動試驗驗證
對單自由度橡膠減振器系統開展振動試驗，分別在臺面夾具上和質量塊上安裝加速度傳感器，通過測量傳感器的數據以夾具上的信號為輸入信號、以質量塊上的信號為輸出信號。通過輸入輸出信號的傳遞函數考察共振頻率和減振性能。通過振動試驗來驗證非線性有限元分析的準確性。
在正弦掃頻試驗中，振動臺使用的是蘇州試驗儀器廠的DY-1000-8電動振動試驗系統，控制系統使用的是STI-RC2000，數據采集系統使用的北京東方振動和噪聲技術研究所的DASP數據采集系統。
圖6 振動試驗系統示意圖
在試驗中對系統施加1.12g的線性掃頻加速度激勵信號，頻率范圍為5~400Hz。測試結果如圖8。
圖7 單自由度橡膠減振器系統傳遞函數
通過試驗曲線可得該單自由度橡膠減振器系統的共振頻率為89Hz，試驗值與仿真值的相對誤差為1.25%。仿真曲線與試驗曲線在峰值處吻合的比較好，在共振點之后的衰減梯度上有一定誤差，從仿真過程來看可能是橡膠與支架接觸的接觸屬性設置上存在誤差。
結論
本文基于ABAQUS有限元軟件，考慮材料非線性、幾何非線性、邊界條件非線性等因素，建立了橡膠減振器的精確的非線性有限元模型，通過非線性分析得到了該系統的共振頻率為87.89Hz。并通過振動試驗驗證有限元模型，發現有限元計算與試驗結果誤差在1.15%左右。該結果說明有限元建模方法可以很好的模擬橡膠減振器的動態特性，同時說明了所建立模型的準確性和建模方法的有效性，可以為后續的橡膠減振器的選型、優化設計以及使用減振器的設備的動態分析等提供分析基礎。
展開 基于ABAQUS的橡膠減振器非線性有限元分析
如圖3所示是單自由度橡膠減振器系統的有限元模型。
圖3 單自由度橡膠減振器系統有限元模型
在有限元模型中，由于是非線性分析，所以在分析步中只能使用通用分析步 (General)。此處選用隱式動力學 (dynamic，Implicit)。增量步的值由ABAQUS自動控制，且設置允許最小增量步為0.001。在金屬墊片處施加Y向1.12g的加速度掃頻信號，信號的頻率范圍為5~400Hz，信號時長為4s，分辨率為1000Hz。邊界條件的設置將限位墊片的X、Z向的自由度約束住。
4
有限元分析結果
設定參數后，對單自由度橡膠減振器模型進行分析計算。仿真結果的前2s的時域信號如圖4。
圖4 橡膠減振器系統仿真時域數據
對時域信號在Matlab中以激勵信號為輸入信號、以響應信號為輸出信號利用Tfestimate函數進行傳遞函數估計可得其頻域關系，如圖5。由圖中可以看到減振器系統先會經歷一段放大區即圖中紅線上部的區域，在這段區域內激勵信號傳遞到質量塊上端時會放大，然后系統在進入減振區即紅線下部區域，該區域隨著激勵頻率的增加，傳遞到質量塊上的信號會衰減。同時由圖中可以看到該橡膠減振系統的共振點為A點，系統固有頻率為87.89Hz。圖中傳遞函數幅值為1的直線（紅色直線）與減振器曲線的交點為減振起始點即B點。
展開 剪切型減振器扣件工作性能及改進
【摘要】 剪切型減振器扣件減振性能良好，廣泛應用于城市軌道交通線路，但在減振器扣件區段發生較為嚴重的鋼軌異常波磨。在300Hz頻段減振器軌道振動加速度存在較大峰值帶，發生輪軌強烈共振；在200~350Hz頻段，減振器扣件軌道系統的阻尼比很小，動剛度在300Hz存在波谷。
同時，振動加速度頻域分布、行車速度和波磨特征波長具有高度相關性，所以，在300Hz頻段的輪軌共振是產生異常波磨的主要原因。針對此問題，提出通過安裝調頻鋼軌阻尼器(TRD)的方案改善軌道動力特性，并進行安裝前后的實驗室動力特性測試。
研究結果表明：安裝TRD能夠改善Ⅲ型減振器軌道的動力特性，調節頻率，提高阻尼，降低工作頻率，改善軌道的減振性能。本方案可以作為地鐵線上整治異常波磨的有效方法。
【關鍵詞】地鐵；剪切型減振器；減振性能；異常波磨；調頻鋼軌阻尼器
歡迎關注北京交大 軌道減振與控制實驗室
微信訂閱號名稱：軌道減振與控制實驗室
展開 基于AI模型和全頻譜仿真的高保真減振器虛擬調校【5.19 直播預告】
工程師不僅需要建立精確的減振器模型，更需要實現實時可調的沉浸式調校體驗。</p><p>本次網絡研討會將介紹Astemo如何將AI-MBD（基于神經網絡的減振器模型）與全頻譜仿真相結合以優化底盤開發流程，并展示VI-grade緊湊型FSS模擬器的實時演示、Astemo實驗室獨家視頻（呈現模擬器集成硬件在環如何提供實時反饋，使工程師能夠以極高靈敏度解決細微調校變化），同時講解虛擬試驗場和激光掃描路面如何模擬真實世界輸入條件，實現更精確可重復的減振器調校。
BWI憑借HCS技術成為BMW的減振器供應商
BWI憑借HCS技術成為BMW的減振器供應商，首個應用車型是G20新3系(包括M SPORT).
HCS-液壓壓縮止動器，用液壓緩沖墊代替傳統的硬碰撞擋塊（通常是聚氨酯緩沖塊）,可以減少從懸架傳遞到車身的峰值力，因為能量將作為HCS阻尼消散。因此，在相同的耐久型和剛度及強度標準下，車身結構可以更輕。此外，HCS不僅比傳統的減震更容易調節，導致更好的車輛動態性能，它還改善了噪音，振動和不平順性（NVH）。HCS提高了乘員的舒適度和底盤控制精度，同時確保在不將破壞性載荷傳遞到車身結構的情況下，提高了其懸架的載重量（或者適合更重的車型）；
結構見圖1
，具備兩種直徑鍛造內筒，桶芯有兩個閥門，較大的直徑是主阻尼閥，在達到限制行程之前，進入小直徑內筒處接合第二閥。
壓縮阻尼分兩種，
一個是HCS LD:由HCS閥門控制的低阻尼 - 在使用標準基閥時，額外的HCS活塞閥會產生額外的壓縮阻尼；圖2
另一個是HCS HD:最大壓縮阻尼力不受阻尼器閥門的限制 - 在單獨的腔室中產生額外的阻尼；圖3
以上說的是壓縮阻尼；
回彈阻尼也運用了類似方法HRS液壓回彈止動器，變小的內徑管以及筒芯上的附加環，筒芯回彈到這個位置阻尼變大,圖4
HRS的主要作用：液壓回彈停止的目的是改善整個減震器行程的行駛質量，同時消除完全伸展位置的沖擊和頂部噪音。在HRS中產生的行程阻尼結束消耗了能量，當通過傳統的回彈停止傳遞時，該能量通常表現為能量尖峰。
液壓回彈停止與內部回彈彈簧兼容。圖4
圖5和圖6是寶馬G20動態工程師Rothmiller用鉛筆給媒體解釋HCS和HRS的手繪圖
圖7是日本寶馬給媒體的PPT
BWI是著名的電磁流體減振器MagneRide提供商（圖9），他們認為通過HCS和HRS技術，可以低成本改善普通中級車的行駛質量.
展開 Adams/Hydraulics下減振器和油氣彈簧模型
據說在汽車領域因清華宋健老師搞ABS用它做工具所以有相當的用戶]
3 Matlab/SimHydraulics
減振器模型（動態阻尼特性）：單向循環式，活塞與活塞桿面積相等且活塞不節流。
油氣彈簧國內有好多人搞過它的數學模型。
可以參考上海交大的喻凡老師那邊的工作 ：
汽車油氣彈簧非線性數學模型及特性
用于多體動力學分析的油氣懸架車輛平順性研究
油氣彈簧數學模型的剛度比較好弄，主要是由壓縮氣體引起的。而阻尼特性則復雜的多。
不搞清楚閥的節流特性，是沒有辦法將模型建的準確的。
Adams/Hydraulics在表達閥特性這點上還是過于粗糙，對于閥結構的設計指導作用有限。
正弦及階躍工況。
簧載質量1000kg，單縱臂，杠桿比1：2。
原理類似交聯懸架，是通過油路將車輛懸架系統中的油氣彈簧按某種規律連接起來，即“耦合剛度”以消除對車身或車體的縱向扭轉載荷。
展開 橡膠減振器設計分析與ABAQUS模擬仿真
橡膠減振器設計分析與ABAQUS模擬仿真
橡膠分析的難點與挑戰
橡膠元件的典型結構及典型承載
橡膠材料的基礎實驗與參數擬合
ABAQUS特有功能在橡膠分析中的應用
展望ABAQUS在求解橡膠問題的新的研究方向
橡膠分析與ABAQUS-1.rar
橡膠分析與ABAQUS-2.rar
汽車懸架知識專題（3）：減震器工作原理詳解
懸架系統中由于彈性元件受沖擊產生振動，為改善汽車行駛平順性，懸架中與彈性元件并聯安裝減振器，為衰減振動，汽車懸架系統中采用減振器多是液力減振器，其工作原理是當車架（或車身）和車橋間受振動出現相對運動時，減振器內的活塞上下移動，減振器腔內的油液便反復地從一個腔經過不同的孔隙流入另一個腔內。此時孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內摩擦對振動形成阻尼力，使汽車振動能量轉化為油液熱能，再由減振器吸收散發到大氣中。在油液通道截面和等因素不變時，阻尼力隨車架與車橋（或車輪）之間的相對運動速度增減，并與油液粘度有關。
減振器與彈性元件承擔著緩沖擊和減振的任務，阻尼力過大，將使懸架彈性變壞，甚至使減振器連接件損壞。因面要調節彈性元件和減振器這一矛盾。
(1) 在壓縮行程（車橋和車架相互K近），減振器阻尼力較小，以便充分發揮彈性元件的彈性作用，緩和沖擊。這時，彈性元件起主要作用。
(2) 在懸架伸張行程中（車橋和車架相互遠離），減振器阻尼力應大，迅速減振。
(3) 當車橋（或車輪）與車橋間的相對速度過大時，要求減振器能自動加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內，以避免承受過大的沖擊載荷。
在汽車懸架系統中廣泛采用的是筒式減振器，且在壓縮和伸張行程中均能起減振作用叫雙向作用式減振器，還有采用新式減振器，它包括充氣式減振器和阻力可調式減振器。
雙向作用筒式減振器示意圖
1. 活塞桿；2. 工作缸筒；3. 活塞；4. 伸張閥；5. 儲油缸筒； 6. 壓縮閥；7. 補償閥；8. 流通閥；9. 導向座；10. 防塵罩；11. 油封
雙向作用筒式減振器工作原理說明。在壓縮行程時，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時減振器內活塞3向下移動。活塞下腔室的容積減少，油壓升高，油液流經流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。
展開 汽車的半主動懸架你知道嗎？
由于磁流變液具有無接觸、性能調節范圍大、響應快、能耗 低、機械系統與電子控制系統接口簡單等特點，磁流變減振器能為結構減振提供優異的解決途徑。1994年，Carlson等發明了磁流變減振器，并將其應用于汽車座椅的隔振。
除了智能材料減振器之外，目前市面上閥控減振器也占很大比重。閥控減振器與普通被動減振器主體部分相似，但其多一個電控閥液壓閥控減振器的核心元件為比例溢流閥或先導溢流閥。下圖圖為兩款SACHS CDC減振器：
(a)為集成式液壓閥，其控制閥集成在活塞內
(b)為旁通式的先導溢流閥，
與傳統雙筒減振器相比增加中間缸實現油液的單向流動[]。該類減振器能實現很大的阻尼力調節范圍，響應迅速，控制頻率為1000 Hz；同時ZF公司還開發了匹配的自適應天棚控制策略，在整車上實現了良好的垂向、俯仰和側傾控制效果。
Tenneco公司旗下的智能懸架品牌Monroe推出了三款輕量化的阻尼可調減振器，如下圖：CVSA2，CVSA2/ KINETIC及ACOCAR，其減振器缸體采用高強度的鋁合金，控制頻率為100 Hz；CVSA2采用與SACHS CDC減振器類似的旁通閥結構，但采用兩個液壓閥分別對拉伸和壓縮行程的阻尼力進行調節；CVSA2/KINETIC在CVSA2的基礎上集成了交聯的油路，用來控制車身姿態的變化；ACOCAR進一步增加了外部液壓套件，實現了全主動的懸架控制。
在開關型控制的減振器中，如下圖分別是在奔馳上安裝的兩種開關型閥控減振器。這類減振器的響應時間更快，同時是針對天棚控制算法設計的“天棚”減振器。
展開 設計仿真 | 基于ODYSSEE人工智能CDC模型集成的整車動力學仿真
圖4：工況1條件下，前懸架使用普通減振器（藍色虛線）和CDC減振器（紅色實線）的結果對比
工況2仿真結果
工況2仿真結果如圖5所示，普通減振器車輛模型和使用ODYSSEE機器學習的CDC減振器的車輛模型均能穩定通過雙移線試驗；使用CDC減振器的車身側傾角較小，表現出更好的穩定性。
圖5：工況2條件下，前懸架使用普通減振器（紅色實線）和CDC減振器（藍色虛線）的結果對比
工況3仿真結果
工況3仿真結果如圖6所示，使用ODYSSEE機器學習的CDC減振器的車身俯仰角較小，CDC減振器有效抑制了車輛在制動過程中俯仰角的變化。
圖6：工況3條件下，前懸架使用普通減振器（紅色實線）和CDC減振器（藍色虛線）的結果對比
工況4仿真結果
工況4仿真結果如圖7所示，使用ODYSSEE機器學習的CDC減振器的車身俯仰角較小，CDC減振器有效抑制了車輛在加速過程中俯仰角的變化。
圖7：工況4條件下，前懸架使用普通減振器（紅色實線）和CDC減振器（藍色虛線）的結果對比
結論
通過使用ODYSSEE，可基于試驗測試數據快速構建CDC系統機器學習模型，并將其應用于Adams整車仿真分析中。同時，ODYSSEE支持將不同的CDC控制策略加入到機器學習模型中，幫助工程師快速完成CDC減振器的設計驗證，以實現CDC減振器的高效設計目標。
展開 干貨附下載丨凱美瑞、雅閣及君威混合動力系統的技術分析
圖3 復合齒輪裝置
(3)傳動阻尼器
傳動阻尼器一般稱為扭轉減振器。混合動力車輛在發動機運轉停止或啟動瞬間，會產生很大的扭轉振動，而在傳動裝置結構上又取消了液力變矩器，無液力減震作用，因此，為減少傳動系統的扭轉振動，提高可靠性以及駕乘的舒適性，混合動力車輛普遍在發動機飛輪與傳動橋之間安裝了傳動阻尼器(圖4)。
圖4 傳動阻尼器
(4)傳動橋油泵
機械油泵采用余擺線型油泵，內置于混合動力傳動橋內。由發動機驅動，壓力潤滑各部齒輪。另外傳動橋還通過減速齒輪旋轉，飛濺潤滑齒輪，減小機械油泵運轉負載。
2.雅閣混合動力車電控變速器
2016款雅閣混合動力車的電控變速器結構與凱美瑞車有明顯不同。該電控變速器(E-CVT)內部集成了發電機、驅動電機、扭轉減振器、超越離合器、超越離合器齒輪、4根平行軸及齒輪等部件(圖5)。(1)飛輪與扭轉減振器
圖5 E-CVT內部結構示意圖
與凱美瑞混合動力車類似，2016款雅閣混合動力車在發動機飛輪與電控變速器的輸入軸之間安轉了扭轉減振器。飛輪通過1個定位銷以及8個螺釘與曲軸凸緣連接，扭轉減振器通過6個螺釘固定在飛輪后端面上，電控變速器的輸入軸通過外花鍵插入扭轉減振器的內花鍵孔中，將發動機的動力輸入到電控變速器內(圖6)。
圖6 飛輪及扭轉減振器
(2)平行軸及齒輪
電控變速器內集成了4根平行軸及齒輪：輸入軸及齒輪、發電機軸及齒輪、驅動電機軸及齒輪、副軸及齒輪(圖7)。輸入軸的外花鍵與扭轉減振器的內花鍵連接，將發動機的動力輸入到E-CVT內部。輸入軸也與超越離合器連接。驅動電機軸與驅動電機的轉子連接，驅動電機軸齒輪與副軸常嚙合齒輪嚙合，然后通過主減速器、差速器、半軸將動力傳給兩個前輪(驅動輪)，驅動車輛行駛。駐車齒輪通過花鍵與驅動電機軸連接，并隨驅動電機軸同步轉動。
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