汽車減振器的案例
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
摘 要：結合具體案例， 利用NVH測試技術對減振器咕嚕聲問題進行排查分析，將樣件與臺架測試結果以及實車驗證進行比對，形成驗證閉環；探索一種具有實際指導意義的減振器異響問題排查思路，并對異響機理進行分析。
關鍵詞：減振器咕嚕聲異響；NVH測試；臺架測試；異響機理
0 引 言
減振器對于車輛的重要性不言而喻，在二十世紀初減振器被裝到車輛懸架上[1]。近年來消費者越來越注重汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）性能，底盤異響更是不被容忍；電動汽車由于整車靜音性能好，所以異響問題更加突出。各主機廠以及主要零部件廠商已經認識到此問題的重要，成立了專業的異響分析團隊（隸屬NVH部門），但懸架系統減振器異響與一般NVH問題的分析手段和解決方法有所不同，前者更多依賴人員經驗和換件驗證。NVH測試技術的發展和應用極大地促進了減振器異響問題的解決和機理探究。
本文結合具體案例，利用NVH測試技術對減振器咕嚕聲異響問題進行排查分析，并對比臺架測試以及實車驗證，形成驗證閉環；探索一種具有實際指導意義的減振器異響問題排查思路和異響機理分析過程。
1 減振器異響問題分類
減振器異響在懸架系統異響甚至底盤異響故障中占有相當高的比例，在售后故障統計中一直是主要問題。
減振器總成由多個零件組成，如圖1所示，可產生多種模式的異響，但每種異響的產生機理不盡相同，減振器（滑柱總成）常見異響分類如圖2所示。
圖1 滑柱總成結構圖
圖2 減振器常見異響分類
2 咕嚕聲異響問題排查
2.1 問題描述
某車型進行動態路試過程中，當以5～7 km/h車速通過雙扭曲路面時，車輛右前部出現咕嚕聲異響。扭曲路面如圖3所示。
展開 減振圈解決汽車傳動軸的NVH問題
減振圈解決汽車傳動軸的NVH問題<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-16 14:21:16被starliu評為4星級，為發貼者加分80。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
減振圈解決汽車傳動軸的NVH問題.pdf
干貨│汽車發動機減振技術分析
文章介紹了汽車振動產生的原因, 利用動力學理論, 建立了單缸發動機振動模型, 計算出了發動機不同轉速下的振動加速度。然后, 重點分析了發動機減振技術, 對發動機整體設計、雙質量飛輪及發動機平衡軸技術進行重點分析, 為工程人員提供了技術參考。
隨著汽車行業近年來的高速發展, 汽車舒適性越來越受到人們的重視, 汽車的舒適性顯得越發重要, 舒適性好的車輛, 會直接影響消費者購買的心理。根據ISO2631-1:1997 (E) 標準規定, 振動頻率在4~8Hz時, 人的心臟會發生共振, 長期會對臟器損壞。在8~12.5Hz時, 會對人的脊椎系統影響較大。在低頻振動下, 超過暴露極限后, 人還會產生焦慮, 煩躁不安的癥狀, 影響駕駛安全。汽車上的振源主要由發動機、變速器、路面激勵等原因造成, 其中發動機振動是整車振動里的主要根源。本文首先分析了發動機振動產生的原因, 然后對發動機整體和部件等減振技術進行了分析, 為發動機減振研究提供了參考。
一、發動機振動原因分析
發動機振動是由于燃燒的混合氣在氣缸中產生爆發力, 爆發壓力推動活塞運動, 活塞通過曲柄連桿機構帶動曲軸產生旋轉運動, 由于點火時刻的間歇性, 活塞的上下變速運動和曲軸的旋轉變速轉動產生的不平衡力和力矩導致了發動機振動。針對三缸機, 曲軸旋轉一圈, 每120度產生一次點火, 點火會導致扭矩波動。對于四缸機, 曲軸旋轉一圈, 每90度產生一次點火;對于六缸機, 曲軸旋轉一圈, 每60度產生一次點火, 發動機相對運動就更能平穩些。因此, 對發動機振動力學的機理進行動力分析對減振也相當重要。
1.汽車發動機動力分析
為了方便計算, 我們作兩個假設和兩個簡化:曲軸作勻速運動, 角速度為常數ω;把連桿簡化成小孔中心處的m2和大孔中心處的m1, 如圖1所示。
展開 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。
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 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
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展開 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。
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 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 基于SimSolid的渦輪增壓器配機試驗的減振分析
Turbo-trail vibration simulate based on SimSolid.pdf
分析簡介：
分析目標：由于試驗需要，增加 EGR 系統及適配器，導致整個系 統伸出量很長，在發動機運行試驗過程中，估計會導致振動幅度 過大和零部件失效。試通過計算找出強度薄弱位置，和伸出端的 支承建議方案。
分析手段和類型：1）靜力分析，快速找出結構薄弱位置；2）模態分析及隨機振動響應分析，對比各個支承方案的減振效果。
具體分析結果：見附件。
使用心得：
簡潔高效，減少工程師對工具熟悉和建模的工作量，人工效率和計算效率都極大的提升。我在3天之內一邊學習一邊嘗試十多種設計方案的求解，這是傳統有限元即使是熟練工程師都難以做到的。
特別適用于大規模復雜裝配體，對幾何缺陷和裝配容差的容忍度較高。這在傳統有限元中是非常大的挑戰。
精度方面做過一些案例對比，總體分布趨勢和數量級和傳統有限元結果差別不大，局部會有較大差異，但仍不失為一款優秀的CAE工具，尤其在產品概念階段或定性分析是一個非常強大高效的工具。
在數據導入導出及結果后處理功能上還有待完善。
祝愿SimSolid功能日益強大，早日拓展到電磁、聲學等多物理場分析。也希望數據處理功能更完善簡潔，讓CAE更簡單高效，讓工程師脫離枯燥繁重的建模工作，更多注意力在產品設計和優化上。
展開 基于ABAQUS的橡膠減振器非線性有限元分析
橡膠減振器因其阻尼性能好、結構簡單、價格低廉等優點，在航天、船舶、汽車等工程領域得到廣泛應用。但由于橡膠復雜的非線性力學行為，缺乏準確的材料模型來描述其特性，使得橡膠減振器的選型和設計主要依靠工程經驗和試驗方法，耗費大量人力物力。隨著有限元技術和計算機技術的發展，作為先進的非線性有限元軟件一ABAQUS已經具備超彈性、粘彈性橡膠模型和體積不可壓縮材料大變形的有限元計算功能，這為橡膠減振器的有限元分析提供了極大的便利。
橡膠減振器非線性有限元分析
1
橡膠減振器非線性特性
橡膠減振器非線性主要來源于幾何非線性、材料非線性、邊界非線性。其中：
幾何非線性，指橡膠為體積不可壓縮材料，其在工況中會出現大彈性形變，已不能用小形變理論分析；
材料非線性，指橡膠材料為粘彈性材料，其應力-應變曲線為非線性的，且動態特性與頻率、振幅、溫度相關；
邊界非線性，指橡膠材料與金屬的接觸過程中，其邊界條件在分析過程中發生變化。
在ABAQUS中，幾何非線性即大變形可在分析步 (Step) 中選擇開啟，開啟后在分析過程中會考慮到幾何非線性。材料庫中有豐富的材料可供選擇，對于橡膠材料可選擇超彈性、粘彈性。
展開 一個減振器內流場六面體網格劃分
大家提意見啊
http://www.cadcaecam.com/forum/thread-83117-1-1.html
Ansys 案例研究 | 粘彈性阻尼器的諧響應減振分析
概述：
本案例展示了阻尼器的諧響應分析仿真。通過對比有無粘彈性材料的兩種仿真工況，突出了粘彈性材料在阻尼減振中的作用。通過選擇合適的材料參數，粘彈性阻尼器能夠在高頻載荷范圍內有效抑制變形幅值。
目標：
1、理解諧響應分析的工作流程
2、熟悉在 Ansys Mechanical 中通過命令片段定義粘彈性材料模型
步驟：
1、打開 Ansys Workbench，創建一個 “諧響應” 分析項目。設置單位系統為 (Kg, mm, s)。
2、定義材料屬性。除默認的結構鋼材料外，新建一種材料作為粘彈性材料的占位符。粘彈性材料的復模量將在 Mechanical 中通過命令片段進行定義。
3、導入幾何體（見圖 1）。
圖 1 阻尼器幾何模型示意圖
4、模型設置：在頂面添加一個 30kg 的點質量。創建一個遠程點，剛性約束頂面的運動。使用 “多區域” 網格劃分方法對各部件劃分網格。
5、分析設置與邊界條件：固定阻尼器底面，對遠程點施加 20000N 的水平力。假設工作載荷頻率在 1000Hz 至 1250Hz 之間，將響應頻率設置為 500Hz 至 1500Hz，并添加 0.02 的阻尼系數。
6、運行仿真并查看結果：請求頂面的 X 向位移頻響曲線。從圖 2 可見，當載荷頻率在 1000Hz 至 1250Hz 區間時，變形范圍為 4×10?3mm 至 8×10?3mm。
圖 2 頂面的 X 向位移頻響曲線
7、采用粘彈性阻尼器重復上述分析。復制諧響應分析系統。在新的分析中，為阻尼器部件添加一個命令片段，粘貼定義Prony 級數復剪切模量的命令（見圖 3）。運行仿真并繪制 X 向位移頻響曲線（見圖 4）。
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
基于ABAQUS的橡膠減振器非線性有限元分析
橡膠減振器因其阻尼性能好、結構簡單、價格低廉等優點，在航天、船舶、汽車等工程領域得到廣泛應用。但由于橡膠復雜的非線性力學行為，缺乏準確的材料模型來描述其特性，使得橡膠減振器的選型和設計主要依靠工程經驗和試驗方法，耗費大量人力物力。隨著有限元技術和計算機技術的發展，作為先進的非線性有限元軟件一ABAQUS已經具備超彈性、粘彈性橡膠模型和體積不可壓縮材料大變形的有限元計算功能，這為橡膠減振器的有限元分析提供了極大的便利。
橡膠減振器非線性有限元分析
1
橡膠減振器非線性特性
橡膠減振器非線性主要來源于幾何非線性、材料非線性、邊界非線性。其中：
幾何非線性，指橡膠為體積不可壓縮材料，其在工況中會出現大彈性形變，已不能用小形變理論分析；
材料非線性，指橡膠材料為粘彈性材料，其應力-應變曲線為非線性的，且動態特性與頻率、振幅、溫度相關；
邊界非線性，指橡膠材料與金屬的接觸過程中，其邊界條件在分析過程中發生變化。
在ABAQUS中，幾何非線性即大變形可在分析步 (Step) 中選擇開啟，開啟后在分析過程中會考慮到幾何非線性。材料庫中有豐富的材料可供選擇，對于橡膠材料可選擇超彈性、粘彈性。
展開 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.
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