汽车减振器设计及特性仿真：阻尼特性参数

根据车辆对减振器阻尼特性的要求，以及图5-4所示的减振器速度特性曲线，可知减振器阻尼特性经常利用以下特性参数表示。

1.开阀速度点

（1）减振器初次开阀速度点 当汽车行驶在比较平坦的路面上时，为了提高减振器的使用寿命，减少其开阀次数，减振器通常设有初次开阀速度点。当减振器未达到初次开阀速度点时，节流阀片不开启，减振器阻尼力特性主要是依靠油液流经常通节流孔所产生的节流压力；当减振器达到或超过减振器初次开阀速度点时，减振器节流阀片开启，一部分油液经过常通节流孔，而另外一部分则经过节流阀开阀后所形成的环形节流缝隙。减振器初次开阀速度点是由减振器节流阀片厚度和预变形量决定的，其中，节流阀片的预变形量是由节流阀片的安装结构所决定的。

图5-4中的V_k1和V_k1y分别为减振器复原阀和压缩阀的初次开阀速度点。通常减振器复原阀初次开阀速度点V_k1约为0.3m/s，而压缩阀初次开阀速度点V_k1y为0.1～0.3m/s。

（2）减振器最大开阀速度点 当汽车行驶在比较差的路面上时，为了减少减振器撞击车身的次数，防止减振器击穿，减振器通常设有最大开阀速度点。当减振器达到最大开阀速度点时，减振器节流阀片弯曲变形，从而与限位挡圈接触，使得节流阀片与节流阀座口之间所形成的环形节流缝隙不再随速度的增加而增加，即形成了固定节流缝隙。减振器最大开阀速度点是由减振器节流阀片厚度和最大限位间隙所决定的，其中，节流阀片最大限位间隙的大小主要是由限位间隙垫圈厚度所决定的。

图5-4中的V_k2和V_k2y分别为减振器复原阀和压缩阀的最大开阀速度点。通常减振器复原阀和压缩阀的最大开阀速度点V_k2=V_k2y≈1.0m/s。

2.阻尼系数

减振器阻尼系数通常用初次开阀速度点V_k1处的阻尼系数表示。由于减振器阻尼特性是非线性的，因此，在不同速度范围内减振器的阻尼系数的不同的。

（1）减振器初次开阀前的阻尼系数 减振器在初次开阀前的阻尼系数c_d1，等于初次开阀前减振器速度特性曲线的斜率，同时也等于减振器初次开阀速度点处的阻尼系数，即c_d1=c_dk1。

因此，减振器在复原行程初次开阀前的阻尼系数为

式中，V_k1为减振器复原行程初次开阀速度点；F_dk1为减振器在复原行程初次开阀速度点的阻尼力。

减振器在压缩行程初次开阀前的阻尼系数为

式中，V_k1y为减振器压缩行程初次开阀速度点；F_dk1y为减振器在压缩行程初次开阀速度点的阻尼力。

（2）减振器初次开阀后的阻尼系数 减振器在初次开阀后的阻尼系数c_d2是随速度变化的。由图5-9可知，减振器在复原行程初次开阀后的任意速度点V处的阻尼系数c_d2可表示为

式中，F_dV为减振器在初次开阀后任意速度点V处的阻尼力，V_k1＜V＜V_k2；k₂为减振器在复原行程初次开阀后速度特性曲线的斜率。

由式（5-5）可知，减振器在复原行程最大开阀速度点V_k2处的阻尼系数为

式中，F_dk2为减振器在复原行程最大开阀速度点处的阻尼力。

同理，减振器在压缩行程初次开阀后的任意速度点V处的阻尼系数c_d2y可表示为

式中，F_dVy为减振器在压缩行程初次开阀后任意速度V_y点的阻尼力；k_2y为减振器在压缩行程初次开阀后速度特性曲线的斜率。

由式（5-7）可知，减振器在压缩行程最大开阀速度点V_k2y处的阻尼系数为(www.xing528.com)

式中，F_dk2y为减振器在压缩行程最大开阀速度点处的阻尼力。

（3）等效阻尼系数 减振器等效阻尼系数c_de是减振器外特性的综合评价指标，可与悬架参数计算出悬架系统阻尼比ξ，进而对悬架系统阻尼匹配进行评价。因此，减振器等效阻尼系数计算是进行减振器外特性分析的一项重要工作，也是减振器特性试验分析处理的一个重要指标。在低频和高频工况下，由于减振器的摩擦阻尼、外特性畸变和双向阻尼比等方面各不相同，因此对于减振器等效阻尼系数的计算将采用不同的方法。1）低频试验。分别计算减振器复原行程阻尼系数c_def和压缩行程阻尼系数c_dey，即

式中，E_f为在一个谐波周期内，由减振器试验样机复原行程所吸收的能量（与减振器示功图复原部分的面积成正比）；E_y为在一个谐波周期内，由减振器试验样机压缩行程所吸收的能量（与减振器示功图压缩部分的面积成正比）；A为减振器上下运动振幅；V_max为减振器最大速度。

然后取平均值即可得到减振器等效阻尼系数c_de，为

2）高频试验。在减振器高频试验时，直接计算整个谐波周期内的等效线性阻尼系数为

c_de=E/（πAV_max） （5-12）式中，E为减振器整个谐波周期内所吸收的能量，可由减振器试验示功图（复原和压缩两个行程）所包围的面积得到。

3.平安比

平安比_ηps为开阀前速度特性曲线斜率与开阀后速度特性曲线斜率之比，即

式中，k₁和k₂分别为减振器在复原行程初次开阀前、后分段速度特性曲线的斜率。

利用平安比η_ps可对减振器进行定性分析和定量评价。车辆类型不同，平安比η_ps的选择也不同。轿车的平安比η_ps大于赛车的平安比η_ps。前者更强调车辆的舒适（平顺）性，而后者更强调车辆的安全性。因此，利用平安比η_ps可得减振器最大开阀前速度特性曲线的斜率和在任意速度V下的阻尼力F_d。由式（5-13）可得，减振器最大开阀前的分段速度特性曲线的斜率k₂为

因此，减振器在复原行程初次开阀之后的任意速度点V处阻尼力F_d可表示为

F_d=F_dk1+k₂（V-V_k1） （5-15）

4.双向比

由于在压缩行程弹簧力的影响，减振器压缩行程的阻尼力一般比复原行程的阻尼力要小，一般将减振器在相同速度下压缩阻尼力与复原阻尼力的比定义为减振器双向阻尼力比β_d，βd可表示为

通常减振器压缩和复原双向阻尼力比β_d一般为1/3左右。如果知道了减振器复原行程在某速度V下的阻尼力F_d，则减振器在压缩行程该速度下的阻尼力可表示为

由式（5-17）可知，在给定速度V下，减振器压缩行程的阻尼力是相同速度下复原行程阻尼的β_d倍，即只要确定了减振器复原行程的速度特性，便可根据减振器双向比β_d确定出减振器在压缩行程的速度特性。