汽车减振器设计仿真：最佳阻尼分段线性特性

减振器阻尼特性一般是非线性的，大都是利用分段线性阻尼特性来表示。为了保证减振器寿命，减振器设有初次开阀速度点V_k1，即当车辆行驶在平坦路面时，减振器不开阀，只是利用减振器的常通节流孔所产生的节流阻尼力进行工作。而为了保证减振器在相对速度比较大时不撞击车身，减振器设有最大开阀速度点V_k2，即当车辆行驶在较坏路面时，减振器节流阀达到最大，阻尼力比较大，以免减振器撞击车身。当减振器速度V大于初次开阀速度而小于最大开阀速度点，即V_k1＜V＜V_k2时，减振器节流阀的开度随速度增加而增加，因此，减振器阻尼力F_d可满足车辆对非线性阻尼特性的要求。减振器在复原和压缩行程过程中，考虑到在压缩行程中悬架弹簧作用的影响，减振器复原和压缩行程的阻尼特性不能对称在相同速度下，定义压缩行程和复原行程的阻尼力之比为减振器双向阻尼比β_d，一般β_d约为1/3。

当车辆悬架系统最佳阻尼比ξ_o确定之后，可根据车辆类型、安装位置和角度，确定车辆悬架最佳阻尼匹配减振器的分段线性阻尼特性，其中包括减振器复原行程的分段线性阻尼特性（复原行程的初次开阀阻尼系数）和减振器压缩行程的分段线性阻尼特性（初次开阀后的阻尼系数和压缩行程的开阀阻尼系数）。

1.复原行程分段线性阻尼特性

（1）初次开阀最佳阻尼系数c_d1减振器安装位置不在车轮位置正上方，而是与之有一定的安装角度α，如图4-10所示。由于减振器安装位置和角度对悬架系统阻尼有影响，因此，根据悬架系统杠杆比i=a/b和安装角度α，可求得减振器在首次开阀时的阻尼系数为

由式（4-29）可知，悬架系统杠杆比i=a/b和安装角度α都影响减振器阻尼系数，其中，减振器阻尼系数随杠杆比i和安装角度α的变化曲线，分别如图4-11和图4-12所示。

图4-10 减振器安装位置和角度

图4-11 减振器阻尼系数随杠杆比i的变化曲线

图4-12 减振器阻尼系数随安装角度α的变化曲线

因此，减振器在初次开阀速度点的阻尼力为

F_d1=c_d1V_k1 （4-30）

（2）二次开阀最佳阻尼系数 减振器阻尼是非线性的，一般将减振器速度特性分段线性化，并将减振器首次开阀前的速度特性直线斜率k₁与二次开阀前的速度特性直线斜率k₂的比值，定义为减振器平安比_ηps，其中，减振器首次开阀前的速度特性曲线斜率k₁，即为减振器开阀前的阻尼系数c_d1。因此，减振器平安比η_ps可表示为

由此，可得减振器二次开阀前速度特性曲线的斜率k₂为

根据阻尼力与阻尼系数和速度之间的关系，可得到减振器最大开阀阻尼系数c_d2为

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式中，V_k1和V_k2分别为减振器首次开阀速度和最大开阀速度点；F_d1和F_d2分别为减振器在首次和最大开阀速度点所对应的阻尼力。

将式（4-30）和式（4-32）代入式（4-33），则减振器最大开阀阻尼系数c_d2可表示为

因此，减振器在最大开阀速度点所对应的阻尼力F_d2为

2.压缩行程分段线性阻尼特性

根据减振器在复原行程的分段线性阻尼特性，以及减振器压缩和复原的双向阻尼力比β，可确定减振器在压缩行程的分段线性阻尼特性，其中初次开阀的阻尼系数c_d1y为

因此，减振器压缩行程在初次开阀速度点的阻尼力F_d1y为

最大开阀的阻尼系数c_d2y为

因此，减振器压缩行程在最大开阀速度点的阻尼力F_d2y为

3.整个行程的速度特性

根据减振器复原行程和压缩行程的初次开阀速度点和最大开阀速度点的阻尼特性，便可以得到减振器整个行程下的分段线性速度特性，即利用复原行程的初次开阀速度点（V_k1，F_d1）和最大开阀速度点（V_k2，F_d2），以及压缩行程的初次开阀速度点（V_k1y，F_d1y）和最大开阀速度点（V_k2y，F_d2y），便可得到减振器速度特性曲线，如图4-13所示。

图4-13 减振器分段线性速度特性图