CN101680505B

CN101680505B - 减振器

Info

Publication number: CN101680505B
Application number: CN2007800528843A
Authority: CN
Inventors: G·范赫斯
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: EP2122193A1; US7896142B2; CA2680578A1; CN101680505A; JP5587613B2; EP2122193A4; KR20090120495A; JP2010521628A; MX2009009836A; WO2008115210A1; US20080224437A1; KR101389284B1; EP2122193B1; BRPI0721434A2

Abstract

一种包括动态减振器的减振器，所述动态减振器被设计为抑制减振器的活塞杆的振动。所述动态减振器包括阻尼质量，所述阻尼质量被形成为防尘罩以保护所述减振器免受污染物污染。

Description

减振器

技术领域

本公开内容涉及供车辆的悬架系统使用的阻尼器或减振器。更具体而言，本公开内容涉及一种这样的阻尼器或减振器，所述阻尼器或减振器包括一动态减振器以减少传至客厢的振动和/或噪声。

背景技术

这部分的陈述仅提供了与本公开内容相关的背景信息，可能并不构成现有技术。

减振器与汽车悬架系统和其他车辆的悬架系统结合使用，以吸收在车辆运行过程中出现的不希望的振动。为了吸收这种不希望的振动，减振器连接在车辆的簧上质量（车身）和簧下质量（悬架系统）之间。活塞位于减振器的压力管内，并且连接至车辆的簧上质量。压力管连接至车辆的簧下质量，并且通常被注满液压流体。因为当减振器压缩或者伸张时活塞具有限制压力管内的液压流体流动的能力，所以减振器能够产生一阻尼力，该阻尼力抵消掉原本会从车辆的悬架（簧下质量）传至车身（簧上质量）的振动。

传统的双管式减振器包括其中布置有活塞的压力管，以及围绕所述压力管的储存管（reserve tube）。活塞杆连接至活塞，并且延伸穿过压力管和储存管的上端。在压力管的下端，底阀（base valve）位于压力管和储存管之间。所述底阀控制在压力管所限定的工作室和储存管所限定的储存室之间的流体流动。阻尼力由以下两种流体的限制流动产生：一种是穿过活塞中的通道和阀系(valving)流体，所述活塞调节在工作室内流体在活塞的相对两侧之间的通行；另一种是穿过座阀中的通道和阀系的流体，所述底阀调节流体在工作室和储存室之间的底阀的相对两侧之间的通行。

由于活塞杆仅位于活塞的一侧，相比于伸张行程，在压缩行程中排出不同量的流体。流体量的差异被称为杆容量（rod volume）。在压缩行程中，杆容量的流体被推出压力管，通过底阀进入储存管。在伸张行程中，杆容量的流体沿相反方向从储存管通过底阀流入压力管。

活塞杆在其下端被活塞支撑，并且在减振器的上端被杆导向器滑动地容纳。因此杆导向器起到了杆的滑动轴承的作用。所述杆导向器将活塞杆正确定位在压力管中并且也充当压力管和储存管两者的闭合件（closure member）。为了使活塞杆平稳滑动穿过杆导向器，在杆导向器的轴承部分的内周缘和活塞杆的外周缘之间形成有微小间隙。这种微小间隙允许液压流体将活塞杆和杆导向器之间的界面润滑。

悬架系统是乘用车中所产生的内部结构性噪声的重要来源。减振器产生高频力（50～1000HZ），所述高频力在减振器级别是听不到或者很难听到的。止回阀的液压转换、打开和关闭、以及各种组件之间的摩擦通常是这种非线性现象的根本原因。

这些振动在车辆的整个车身传播，并且局部地在车身的各种局部结构处诸如浅盘形地板（floor pan）、车架及其他结构处，这些振动被削弱。然后，这些结构产生大部分位于大约150～300Hz的典型低频“敲击”噪声。这些因传播而产生的“敲击”噪声通常被称为咔嗒或者咯吱噪声。

用于减振器的顶部支座是减振器和车辆车身之间的橡胶界面，并且这种支座应完全滤掉这些振动。最优的噪声、振动和不平顺性（NVH）性能需要高频率下的低动态刚度（low dynami cstiffness）。然而，该性能要求必须根据用于要求高静态刚度的操纵、转向和制动活动的准静态性能来获得。

所述问题的一个根本原因已被认为是未充分阻尼的减振器活塞杆。活塞杆在由杆质量、顶部支座动态刚度和阻尼器油可压缩性所确定的150～400Hz的范围内共振振动。图6示出了减振器的机械上等同的弹簧-质量-阻尼器系统。正如在图6中可看到的，事实上存在两个自由度（两个振动质量）。第一个是活塞杆，第二个是阻尼器管或多个阻尼器管。然而，由活塞杆引起的传送力是最高的，因此这种共振是最主要的。杆共振频率的公式是：

激励是由止回阀的液压转换、打开和关闭以及在产生压力波的减振器运动转变点中的摩擦而造成的。这些压力波将激励活塞杆质量，所述活塞杆将共振振动。借助于排出的内部液压阻尼将降低所形成的活塞杆加速级别和传送力。图7示出了对于特定减振器所测得和仿真的共振。图7表明共振频率位于大约320Hz。为了提高NVH性能，希望减小或者消除该共振频率。

发明内容

本公开内容提供了一种用于减振器的活塞杆的调谐动态减振器（tuned dynamic vibration absorber）。调谐动态减振器是一种抑制特定共振频率的振动的有效和简易方法。调谐动态减振器被设计为通过增加一简单的弹簧/质量系统，来抑制第一阶系统的共振。必须选择所增加系统的弹簧刚度（spring rate）和质量，使得该系统具有相等于“问题”系统的共振频率的自有共振频率。用于减振器的防尘罩被设计为所述调谐动态减振器。

从本说明书中所提供的说明中，更多的适用领域将变得显而易见。应理解的是，所述说明和具体实施例仅意在示例，并不意在限制本公开文本的范围。

附图说明

在此所描述的附图仅为了示例性目的，而不意在以任何方式限制本公开文本的范围。

图1是一汽车的示意图，该汽车包括具有根据本公开文本的调谐动态减振器的减振器；

图2是包含有根据本公开文本的调谐动态减振器的减振器的侧视图，部分为截面图；

图3是图2中所示的调谐动态减振器的放大截面图；

图4是减振器和动态减振器的等效机械系统；

图5是示出活塞杆和动体减振器共振的曲线图；

图6是不具有动态减振器的减振器的等效机械系统；以及

图7是示出不具有动态减振器的活塞杆的共振的曲线图。

具体实施方式

下面的说明本质上仅是示例性的，并且不意在限制本公开文本、本申请或其使用。现在参照附图，在这些附图中相同的参考数字标示在多个图中相同或者相应的部分，在图1中示出了包含有包括根据本公开文本的动态减振器的减振器的车辆，所述车辆总体由参考数字10标示。车辆10包括后悬架系统12、前悬架系统14和车身16。后悬架系统12包括适于可操作地支撑一对后轮18的一对后悬架臂。每个后悬架臂借助于减振器20和螺旋弹簧22附接至车身16。类似地，前悬架系统14包括适于可操作地支撑一对前轮24的一对悬架臂。每个悬架臂借助于减振器26和螺旋弹簧28附接至车身16。后减振器20和前减振器26用于阻尼车辆10的簧下部分（即，前悬架系统14和后悬架系统12）相对于车辆10的簧上部分（即，车身16）的相对运动。尽管车辆10已被描述为具有独立的前悬架系统14和后悬架系统12的乘用车，但是减振器20和26也可用于具有其他类型的悬架和弹簧的其他类型车辆，或者用在其他类型的应用中，所述其他类型的应用包括但不限于，包含空气弹簧、板簧、非独立前悬架系统和/或非独立后悬架系统的车辆。而且，本说明书中所用的术语“减振器”概括地指代阻尼器，因此会包括麦弗逊立柱（MacPherson strut）、弹簧座单元以及本领域中公知的其他减振器设计。

现在参照图2，更加详细地示出了后减振器20。尽管图2仅示出了后减振器20，应理解的是，前减振器26也被设计为包括根据本公开文本的动态减振器。前减振器26与后减振器20的区别仅在于它适于被连接至车辆10的簧上部分和簧下部分的方式。减振器20包括压力管30、活塞组件32、活塞杆34、储存管36和底阀组件38。

压力管30限定一工作室42。活塞组件32被滑动地布置在压力管30内，并且将工作室42划分为上工作室44和下工作室46。在活塞组件32和压力管30之间布置一密封件48，以不仅将上工作室44与下工作室46相密封，而且允许活塞组件32相对于压力管30滑行运动，而不产生不适宜的摩擦力。活塞杆34附接至活塞组件32并且延伸穿过上工作室44并穿过上部的杆导向器50，所述杆导向器50将压力管30和储存管36两者的上端封闭。密封系统52将杆导向器50、储存管36和活塞杆34之间的界面密封。活塞杆34的与活塞组件32相对的末端适于固定至车辆10的簧上部分。在活塞组件32在压力管30内运动的过程中，活塞组件32中的阀系控制上工作室44和下工作室46之间的流体运动。因为活塞杆34仅延伸穿过上工作室44而没有穿过下工作室46，活塞组件32相对于压力管30的运动引起上工作室44中排出的流体量的差异，当与下工作室46中排出的流体量相比时。所排出的流体量的差异是杆容量，并且它流过底阀组件38。

储存管36围绕压力管30，以限定位于所述管之间的储存室54。储存管36的底端被端盖（end cap）56封闭，所述端盖适于连接至车辆10的簧下部分。通过将储存管36的开口端机械变形以形成一定位凸缘58，储存管36的上端被附接至杆导向器50。底阀组件38被布置在下工作室46和储存室54之间，以控制两个室之间的流体——杆容量的流体——的流动。当减振器20长度伸长（伸张）时，下工作室46中需要额外的流体量。因此，流体将从储存室54穿过底阀组件38流至下工作室46。当减振器20长度缩短（压缩）时，多余的流体必须从下工作室46中移出。因此，流体将从下工作室46穿过底阀组件38流至储存室54。在伸张行程中减振器20的阻尼特征被活塞组件32中的阀系控制，在压缩行程中减振器20的阻尼特征被底阀组件38中的阀系控制。

动态减振器70附接至活塞杆34，以抑制活塞杆34在其共振频率的振动。动态减振器70还起到防尘罩的作用，该防尘罩保护并遮挡活塞杆34免于接触水或者其他污染物。动态减振器70包括阻尼质量（damping mass）72、盖（cap）74、保持器（retainer）76和一对弹性支座78。

阻尼质量72是一个构成减振器20的防尘罩的杯状构件。杯状阻尼质量72的底部80限定一孔82，活塞杆34和盖74延伸穿过所述孔。杯状阻尼质量72的环形壁84从底部轴向延伸以不仅覆盖储存管36还覆盖活塞杆34。

盖74限定环形体86、上部凸缘88和下部凸缘90，所述环形体86沿着活塞杆34的侧面向下延伸，该上部凸缘88从环形体86向内径向延伸以接合活塞杆34上的轴肩，该下部凸缘90从环形体向外径向延伸至杯状阻尼质量72内的、位于底部80下方的位置，如图2和图3中所示。当装配进车辆时，减振器上支座将接合上部凸缘88以将动态减振器70固定至活塞杆34。

保持器76限定一具有内螺纹的环形壁92，以及从环形壁92向外径向延伸的凸缘94。环形壁92上的内螺纹与盖74的环形体86上的外螺纹螺纹啮合。尽管保持器76被公开为螺纹啮合盖74，但是保持器76可借助于本领域中公知的任何其他方式附接至盖74。

一弹性支座78被布置在保持器76的凸缘94和阻尼质量72的底部80之间。另一弹性支座78被布置在阻尼质量72的底部80和盖74的下部凸缘90之间。尽管弹性支座78被示出为O形环，然而利用满足特定性能要求的弹性支座78中的任一个或两个的任意形状也在本发明范围内。

动态减振器70提供增加质量以抑制活塞杆34的振动。阻尼质量72使用该对弹性支座78与盖74相分开。弹性支座78的压缩率将决定预负荷，因而确定动态减振器70的刚度。从而，通过改变弹性支座78的预负荷、改变弹性支座78的设计和/或改变用于弹性支座78的材料，可实现动态减振器的调谐。弹性支座78也将向系统提供附加的阻尼，这是一个对于抑制所引入的共振起作用的附加特征。

动态减振器70是一种抑制特定共振频率的振动的有效和简易的方法。通过增加一简单的弹簧/质量系统，动态减振器70被调谐以抑制第一阶系统的共振。所述增加系统的弹簧刚度和质量必须被调谐，以使得系统具有等于活塞杆34的共振频率的自有共振频率。图4示出了图6所示的减振器的机械系统，但是增加了动态减振器70。在图4中，通过省略被假设为非常刚性的下支座衬套（lower mount bushing），简化了系统。

活塞杆共振可通过以下方程组计算：

K_mX_rod+M_rodX_rod+K_d(X_rod-u)+K_DVA(X_rod-X_DVA)＝0

M_DVAX_DVA+K_DVA(X_DVA-X_rod)＝0

K_m、K_d和K_DVA分别是上支座、减振器20和动态减振器70的复合动态刚度。M_rod和M_DVA是活塞杆34和动态减振器70的模态质量。

动态减振器70被设计为，使得其共振频率等于活塞杆34的频率。因此，

f_{rod} = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k_{d} + k_{m}}{m_{rod}}} = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k_{DVA}}{m_{DVA}}} = f_{DVA}

结果将是，图7中所示的单个共振峰被分为两个峰。如图5所示，一个峰将小于单个共振峰，另一峰将大于共振峰，图5示出了包括动态减振器70的减振器的所仿真和所测得的共振。

Claims

1.一种减振器，包括：

压力管，其限定一工作室；

活塞组件，其被布置在所述工作室内，所述活塞组件将所述工作室分为上工作室和下工作室；

活塞杆，其附接至所述活塞组件，所述活塞杆从所述活塞延伸穿过所述压力管的一端；以及

动态减振器，其起防尘罩的作用；

所述动态减振器附接至所述活塞杆，所述动态减振器包括具有环形壁的阻尼质量，所述环形壁覆盖所述活塞杆，所述阻尼质量通过弹性构件附接至所述活塞杆，所述动态减振器抑制所述活塞杆在其共振频率的振动。

2.根据权利要求1所述的减振器，其中所述动态减振器的共振频率基本等于所述活塞杆的共振频率。

3.根据权利要求1所述的减振器，其中所述动态减振器还包括：

盖，其被附接至所述活塞杆；

保持器，其被附接至所述盖，其中所述弹性构件包括：

第一弹性支座，其被布置在所述保持器和所述阻尼质量之间；以及

第二弹性支座，其被布置在所述阻尼质量和所述盖之间。

4.根据权利要求3所述的减振器，其中所述动态减振器的共振频率基本等于所述活塞杆的共振频率。

5.根据权利要求3所述的减振器，其中所述保持器可移动地接合所述盖，通过所述保持器和所述盖之间的可移动接合形成一调整机构。

6.根据权利要求5所述的减振器，其中所述保持器与所述盖螺纹啮合。

7.根据权利要求1所述的减振器，进一步包括：

储存管，所述储存管围绕所述压力管布置，在所述压力管和所述储存管之间限定一储存室；以及

底阀组件，其布置在所述工作室和所述储存室之间；其中

所述环形壁在所述储存管之上延伸。

8.根据权利要求7所述的减振器，其中所述动态减振器的共振频率基本等于所述活塞杆的共振频率。

9.根据权利要求7所述的减振器，其中所述动态减振器还包括：

盖，其附接至所述活塞杆；

保持器，其附接至所述盖，其中所述弹性构件包括：

第二弹性支座，其被布置在所述阻尼质量和所述盖之间。

10.根据权利要求9所述的减振器，其中所述动态减振器的共振频率基本等于所述活塞杆的共振频率。

11.根据权利要求9所述的减振器，其中所述保持器可移动地接合所述盖，通过所述保持器和所述盖之间的可移动接合形成一调整机构。

12.根据权利要求11所述的减振器，其中所述保持器与所述盖螺纹啮合。