減振器阻尼特性對車輛性能影響的仿真分析

金 帥，王保苓，劉 向，王 鵬Jin Shuai，Wang Baoling，Liu Xiang，Wang Peng

減振器阻尼特性對車輛性能影響的仿真分析

金 帥1，王保苓1，劉 向2，王 鵬2
Jin Shuai，Wang Baoling，Liu Xiang，Wang Peng

（1. 北京新能源汽車股份有限公司，北京 100176；2. 南陽淅減汽車減振器有限公司，河南 南陽 437000）

減振器是懸架系統中重要的力學元件，其F-V(Force-Velocity，力-速度)特性對車輛的平順性和操縱穩定性有重要影響。依據某車型的整車參數，在CarSim中建立整車仿真模型，通過改變減振器低速、中速和高速的復原和壓縮阻尼力特性，分析車輛在掃頻路面及凸塊路面的平順性和操縱穩定性，結果表明：復原和壓縮阻尼對整車平順性和操縱穩定性具有顯著影響。

減振器；阻尼力；平順性；操縱穩定性

0 引 言

減振器是懸架系統中重要的力學元件，其F-V(Force-Velocity, 力-速度)特性對車輛的平順性和操縱穩定性有重要影響[1-2]；因此，車型開發時選擇合適的阻尼力非常重要[3]。目前車輛減振器匹配過程為主觀評價工程師根據駕乘感受提出阻尼力調整建議，然后由減振器工程師對復原閥和壓縮閥配置進行修改，改變減振器的F-V特性，裝車后再由主觀評價工程師進行評價[4]。目前減振器實車調試存在周期長、裝車評價效率較低等問題，為此，許多學者在減振器仿真建模[4-9]和懸架系統及整車仿真建模[10-14]方面開展了大量研究。

基于CarSim[15-16]建立減振器外特性和整車仿真分析模型，通過改變減振器壓縮和復原的不同速度對應的阻尼力，分析其對整車平順性和操縱穩定性的影響，為后續主觀評價和減振器調校提供理論依據。

1 車輛建模

建立整車模型，車輛基本參數見表1，具體建模流程如下：

（1）建立車輛模型，進入模型參數設置界面；

（2）輸入整車參數；

（3）輸入前懸架K(Kinematic, 運動學特性)特性參數；

（4）輸入前懸架C(Compliance, 彈性運動學特性)特性參數；

（5）輸入前懸架減振器阻尼特性參數，選取參數值50、100、300、600、1 000 mm/s；

（6）輸入后懸架K特性參數；

（7）輸入后懸架C特性參數；

（8）輸入后懸架減振器阻尼特性參數，選取參數值50、100、300、600、1 000 mm/s；

（9）調用CarSim數據庫，確認車輛輪胎等參數。

表1 整車和懸架參數

續表1

2 阻尼力設定

減振器阻尼特性直接決定車輛的平順性和操縱穩定性，通常減振器低速段（< 0.3 m/s）的阻尼特性主要影響車輛操縱穩定性，中高速段（> 0.3 m/s）的阻尼特性主要影響平順性。

為分析減振器不同速度段阻尼力對車輛操縱穩定性和平順性的影響，以前減振器為例，針對不同速段設置不同的阻尼力，其中壓縮速度為正，壓縮阻尼力為正，具體見表2，分析如下。

（1）復原中高速段阻尼力不同，其中在速度600 mm/s和1 000 mm/s下，第5組較原車對應的阻尼力分別減少8%和17%，第6組較原車增加8%和9%；

（2）壓縮中高速段阻尼力不同，其中在速度600 mm/s和1 000 mm/s下，第7組較原車對應的阻尼力分別減少11%和21%，第8組較原車增加16%和20%；

（3）復原低速段阻尼力不同，其中在速度50 mm/s和100 mm/s下，第1組較原車對應的阻尼力分別減少50%和50%，第2組較原車增加52%和47%；

（4）壓縮低速段阻尼力不同，其中在速度50 mm/s和100 mm/s下，第3組較原車對應的阻尼力分別減少50%和53%，第4組較原車增加47%和42%。

表2 減振器阻尼特性的不同方案

3 平順性影響分析

3.1 掃頻路面

掃頻路面主要用于分析車輛在不同頻率激勵下車身的響應。利用CarSim分別獲得僅改變前減振器復原中高速阻尼力和壓縮中高速阻尼力時的車身垂向加速度，如圖1和圖2所示。

由圖1、圖2可知，中高速阻尼力對車身質心的垂向振動加速度有影響，計算得到不同阻尼力對應加速度的RMS（Root Mean Square，均方根值），阻尼系數與RMS的關系如圖3所示，隨著中高速阻尼系數增加，車身質心振動加速度RMS值增加，同時壓縮曲線斜率大于復原曲線斜率，因此改變壓縮阻尼力對質心振動的加速度影響更大。

圖1 掃頻路面質心處垂向加速度（中高速度段復原阻尼力）

圖2 掃頻路面質心處垂向加速度（中高速度段壓縮阻尼力）

圖3 阻尼系數對質心振動加速度RMS的影響

3.2 凸塊路面

凸塊路面主要用于評估車輛高速沖擊時的響應特性，典型路面如行車減速帶。參照國標[17]利用CarSim建立凸塊模型，分別改變復原和壓縮阻尼力進行仿真分析，如圖4、圖5所示。

圖4 凸塊路面質心處垂向加速度（中高速度段復原阻尼力）

圖5 凸塊路面質心處垂向加速度（中高速度段壓縮阻尼力）

圖4中在第1個波峰處各曲線區分不明顯，由此可知，改變復原阻尼力對減振器壓縮沖擊加速度無影響，由第2個波谷曲線可知其主要影響回彈（復原）階段加速度，阻尼力越大則質心加速度越大，影響程度如圖6所示。

圖6 阻尼系數對加速度峰值影響曲線

由圖5可知，改變壓縮阻尼力對減振器壓縮和復原階段的加速度均有影響，從第1個波峰值可知，阻尼力越大則質心加速度越大，影響程度如圖6所示。

統計不同復原阻尼力對應的第2個波峰最大加速度以及壓縮阻尼力對應的第1個波峰最大加速度，繪制阻尼系數與加速度峰值關系曲線，如圖6所示。

由圖6可知，隨著中高速阻尼系數增加，車身加速度峰值增加，同時壓縮曲線斜率大于復原曲線斜率，改變壓縮阻尼力對加速度峰值影響更大。

綜上可知，改變中高速阻尼力主要影響車輛的平順性，并且阻尼系數越小，平順性越好，改變復原阻尼系數所帶來的影響大于改變壓縮阻尼系數。

4 操穩影響分析

減振器阻尼特性主要影響車輛的側傾、俯仰等操穩工況，針對雙移線工況進行仿真，提取車身側傾角作為評價指標。

改變壓縮和復原階段的中低速阻尼力，得到車身側傾角，如圖7和圖8所示，單獨改變復原或壓縮阻尼力對車身側傾角均有影響。為進一步分析其影響，提取第1個周期內車身側傾角變化值，結合平均阻尼系數繪制低速段阻尼系數對車身側傾角的影響曲線，如圖9所示。由圖9可知，增加復原、壓縮阻尼系數，車身側傾角均減??；對比各曲線斜率，發現復原阻尼系數對車身側傾角的影響更大。

圖7 低速段復原阻尼力側傾角仿真結果（雙移線工況）

圖8 低速段壓縮阻尼力側傾角仿真結果（雙移線工況）

圖9 低速阻尼系數對車身側傾角影響曲線

5 總 結

不同工況的仿真結果表明，改變減振器中高速阻尼力主要影響車輛的平順性，且阻尼系數越小平順性越好，壓縮阻尼力對整車平順性影響大于復原阻尼力。在雙移線工況下，增加減振器低速阻尼系數可以降低車輛側傾度，且復原阻尼力對車輛側傾的影響大于壓縮阻尼力。

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2021-06-21

1002-4581（2021）05-0016-05

U463.33+5.1.02

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.05.005