汽车减振器特性仿真，参数设计达到控制要求

可控减振器在工作过程中，复原行程阻尼力起主要减振作用，故把可调阻尼孔设计在活塞杆上，可协同复原阀使悬架系统达到最佳阻尼匹配，故本节以复原阀及可调阻尼孔为例进行设计。由参考文献可知，必须先设计出复原阀节流孔面积才能设计复原阀片厚度，故必须首先依据车辆参数确定减振器复原行程速度特性曲线，根据悬架系统优化阻尼比ξ_op，对复原阀虚拟可调阻尼孔面积进行设计；然后再对复原阀片厚度、复原阀片预变形量及最大限位间隙设计；为了得到可调阻尼孔控制规律的界限值，必须对可调阻尼孔最大面积和最小面积进行设计。

1.复原阀可调阻尼孔设计

（1）虚拟可调阻尼孔面积设计 复原阀初次开阀前的油路，如图11-4所示。

当V_i∈（0，V_k1]时，油液流经复原阀常通节流孔、活塞孔、活塞缝隙、可调阻尼节流孔及活塞杆孔产生复原节流阻尼力。

根据减振器阀系参数黄金分割优化设计方法，可得常通节流孔面积的黄金分割设计速度点V_gs=V_k1×0.618时，减振器所需要阻尼力为

F_dp=c_dk1V_gs（11_-5）式中，c_dk1为减振器开阀前的阻尼系数。

图11-4 复原阀初次开阀前的油路

此时活塞缝隙的节流压力为

p_Hp=F_dp/S_r （11-6）

式中，S_r为活塞缸筒与活塞杆之间的环形面积，；D_H为缸内径；d_g为活塞杆直径。

根据活塞缝隙流量和压力之间的关系可知，活塞缝隙流量为

式中，L_H为活塞缝隙长度；δ_H为活塞平均间隙；e为偏心率；μ_t为油液动力粘度。

由于活塞孔和常通节流孔串联，然后再与活塞缝隙并联，故可知活塞孔流量Q_hp等于常通节流孔流量Q_0p；活塞缝隙压力p_Hp等于活塞孔压力p_hp与常通节流孔压力p_0p之和，即

Q_hp=Q _0p（11-8）

p_Hp=p_hp+p _0p（11-9）

活塞孔的压力为

式中，n_h为活塞孔个数；d_h为活塞孔直径；L_he为活塞孔等效长度。常通节流孔的流量为

式中，A₀为常通节流孔面积；ε₀为常通节流孔口流量系数。把式（11-8）、式（11-10）和式（11-11）代入式（11-9），整理可得

令，，则式（11-12）变为

aQ²_hp+bQ_hp-p_Hp=0 （11-13）

由式（11-13）求得活塞孔流量为

可调阻尼孔与活塞杆孔串联，故开阀前流经可调阻尼孔的流量Q_ap等于活塞杆孔流量Q_gp，可调阻尼孔的压力p_ap为活塞缝隙压力p_Hp与活塞杆孔压力之差p_gp，即

Q_ap=Q_gp （11-15）

p_ap=p_Hp-p_gp （11-16）

又根据油液连续性定理，可知

Q_ap=V_gsS_r-Q_Hp-Q_hp （11-17）

根据式（11-15）和式（11-17），可求得活塞杆孔流量Q_gp，则活塞杆孔的压力为

根据式（11-17）求得可调阻尼孔的流量Q_ap，根据式（11-18）求得可调阻尼孔的压力p_gp，则可控减振器虚拟可调阻尼孔面积为

式中，ε_a为可调阻尼孔的流量系数。

利用式（11-19）计算得出的A_ap即可实现对可控减振器节流阀阀片厚度、节流阀片预变形量和最大限位间隙的设计。

（2）可调阻尼孔最大面积设计 按照复原阀开发前的油路，利用虚拟可调阻尼孔面积的设计方法，根据舒适性最佳阻尼比ξ_oc进行设计，可得可控减振器的最大可调阻尼孔面积A_acmax。

（3）可调阻尼孔最小面积设计 按照复原阀开阀前的油路，利用虚拟可调阻尼孔面积的设计方法，根据安全性最佳阻尼比ξ_os进行设计，可得可控减振器的最小可调阻尼孔面积A_asmin。

2.复原阀片厚度设计

复原阀初次开阀后的油路，如图11-5所示。(www.xing528.com)

当V_i∈（V_k1，V_k2]时，油液流经复原阀常通节流孔、活塞孔、复原阀节流缝隙、活塞缝隙、可调阻尼节流孔及活塞杆孔产生复原节流阻尼力。

图11-5 复原阀初次开阀后的油路

（1）活塞缝隙流量 根据黄金分割优化设计方法，可得黄金分割速度点V_gsp=V_k1+0.618（V_k2-Vk1），减振器所需要的阻尼力

F_gsp=c_dk1^Vk1+0.618k2（Vk2^-Vk1）

此时活塞缝隙压力为

p_Hp=F_gsp/S_r又根据活塞缝隙流量和压力之间的关系可知，活塞缝隙流量为

（2）活塞杆孔流量 可调阻尼孔与活塞杆孔串联，故p_ap+p_gp=p_Hp，Q_ap=Q_gp；把活塞杆孔的压力及可调阻尼孔的压力，可得

令，，则式（11-21）变为

a₁Q²_gp+b₁Q_gp-p_Hp=0 （11-22）

由式（11-22）可解得活塞杆孔流量为

（3）常通节流孔流量 由油路图可知，活塞孔流量为Q_hp=V_gspS_r-Q_Hp-Q_gp。又根据活塞孔和压力之间的关系可知，活塞孔压力为。在黄金分割点速度V_gsp时，节流阀片压力p_fp=F_gsp/S_r-p_hp。由于常通节流孔与节流缝隙并联，故。根据常通节流孔节流压力与流量之间的关系，可得常通节流孔流量为

（4）复原阀缝隙流量 复原阀节流阀片设置了预变形量，利用节流阀片在非均布压力下的解析计算公式可知，在阀口位置处的变形量为

式中p_1p为开阀速度点所对应的复原阀片节流压力；G_rk为复原阀片在阀口半径位置的弯曲变形系数。

复原阀开启后其变形量为，则复原阀的开度为δ=f_rk-f_rk0。根据复原阀节流缝隙节流压力和流量之间的关系，可得复原阀节流缝隙的流量为

（5）复原阀片厚度 节流缝隙和常通节流孔为并联，根据油液连续性定理，可得

将式（11-20）、式（11-23）和式（11-24）代入式（11-26），可求得复原阀节流缝隙的流量Q_f，然后根据式（11-25）可求得可控减振器的复原节流阀片厚度为

式中，r_b为复原阀片外半径；r_k为复原阀阀口位置半径。

3.复原阀片预变形量及最大限位间隙设计

根据复原阀开阀前油路图，利用节流阀片在非均布压力下的变形量解析计算公式，依据初次开阀速度点V_k1，结合压力与流量之间的关系，可求得复原阀片预变形量为

同理，根据复原阀开阀后的油路图，利用节流阀片在非均布压力下的变形量解析计算公式，依据二次开阀速度点V_k2，结合压力与流量之间的关系，可求得复原阀片最大变形量为

则复原阀片最大限位间隙为

δ_max=f_rkmax-f_rk0

4.复原节流阀参数设计结果

可控减振器基本结构参数见表11-1。

表11-1 减振器基本结构参数

根据车辆参数及可控减振器阀系参数优化设计方法，可得复原阀参数优化设计值，见表11-2。

表11-2 复原阀阀系参数优化设计值

根据单片阀片拆分为叠加阀片的设计方法，可知复原阀叠加阀片组成：h₁=0.1mm，n₁=3；h₂=0.2mm，n₁=2；叠加节流阀片的等效厚度h_e=0.2668mm。