金 帅，王保苓，刘 向，王 鹏Jin Shuai，Wang Baoling，Liu Xiang，Wang Peng

减振器阻尼特性对车辆性能影响的仿真分析

金 帅1，王保苓1，刘 向2，王 鹏2
Jin Shuai，Wang Baoling，Liu Xiang，Wang Peng

（1. 北京新能源汽车股份有限公司，北京 100176；2. 南阳淅减汽车减振器有限公司，河南 南阳 437000）

减振器是悬架系统中重要的力学元件，其F-V(Force-Velocity，力-速度)特性对车辆的平顺性和操纵稳定性有重要影响。依据某车型的整车参数，在CarSim中建立整车仿真模型，通过改变减振器低速、中速和高速的复原和压缩阻尼力特性，分析车辆在扫频路面及凸块路面的平顺性和操纵稳定性，结果表明：复原和压缩阻尼对整车平顺性和操纵稳定性具有显著影响。

减振器；阻尼力；平顺性；操纵稳定性

0 引 言

减振器是悬架系统中重要的力学元件，其F-V(Force-Velocity, 力-速度)特性对车辆的平顺性和操纵稳定性有重要影响[1-2]；因此，车型开发时选择合适的阻尼力非常重要[3]。目前车辆减振器匹配过程为主观评价工程师根据驾乘感受提出阻尼力调整建议，然后由减振器工程师对复原阀和压缩阀配置进行修改，改变减振器的F-V特性，装车后再由主观评价工程师进行评价[4]。目前减振器实车调试存在周期长、装车评价效率较低等问题，为此，许多学者在减振器仿真建模[4-9]和悬架系统及整车仿真建模[10-14]方面开展了大量研究。

基于CarSim[15-16]建立减振器外特性和整车仿真分析模型，通过改变减振器压缩和复原的不同速度对应的阻尼力，分析其对整车平顺性和操纵稳定性的影响，为后续主观评价和减振器调校提供理论依据。

1 车辆建模

建立整车模型，车辆基本参数见表1，具体建模流程如下：

（1）建立车辆模型，进入模型参数设置界面；

（2）输入整车参数；

（3）输入前悬架K(Kinematic, 运动学特性)特性参数；

（4）输入前悬架C(Compliance, 弹性运动学特性)特性参数；

（5）输入前悬架减振器阻尼特性参数，选取参数值50、100、300、600、1 000 mm/s；

（6）输入后悬架K特性参数；

（7）输入后悬架C特性参数；

（8）输入后悬架减振器阻尼特性参数，选取参数值50、100、300、600、1 000 mm/s；

（9）调用CarSim数据库，确认车辆轮胎等参数。

表1 整车和悬架参数

续表1

2 阻尼力设定

减振器阻尼特性直接决定车辆的平顺性和操纵稳定性，通常减振器低速段（< 0.3 m/s）的阻尼特性主要影响车辆操纵稳定性，中高速段（> 0.3 m/s）的阻尼特性主要影响平顺性。

为分析减振器不同速度段阻尼力对车辆操纵稳定性和平顺性的影响，以前减振器为例，针对不同速段设置不同的阻尼力，其中压缩速度为正，压缩阻尼力为正，具体见表2，分析如下。

（1）复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组较原车对应的阻尼力分别减少8%和17%，第6组较原车增加8%和9%；

（2）压缩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组较原车对应的阻尼力分别减少11%和21%，第8组较原车增加16%和20%；

（3）复原低速段阻尼力不同，其中在速度50 mm/s和100 mm/s下，第1组较原车对应的阻尼力分别减少50%和50%，第2组较原车增加52%和47%；

（4）压缩低速段阻尼力不同，其中在速度50 mm/s和100 mm/s下，第3组较原车对应的阻尼力分别减少50%和53%，第4组较原车增加47%和42%。

表2 减振器阻尼特性的不同方案

3 平顺性影响分析

3.1 扫频路面

扫频路面主要用于分析车辆在不同频率激励下车身的响应。利用CarSim分别获得仅改变前减振器复原中高速阻尼力和压缩中高速阻尼力时的车身垂向加速度，如图1和图2所示。

由图1、图2可知，中高速阻尼力对车身质心的垂向振动加速度有影响，计算得到不同阻尼力对应加速度的RMS（Root Mean Square，均方根值），阻尼系数与RMS的关系如图3所示，随着中高速阻尼系数增加，车身质心振动加速度RMS值增加，同时压缩曲线斜率大于复原曲线斜率，因此改变压缩阻尼力对质心振动的加速度影响更大。

图1 扫频路面质心处垂向加速度（中高速度段复原阻尼力）

图2 扫频路面质心处垂向加速度（中高速度段压缩阻尼力）

图3 阻尼系数对质心振动加速度RMS的影响

3.2 凸块路面

凸块路面主要用于评估车辆高速冲击时的响应特性，典型路面如行车减速带。参照国标[17]利用CarSim建立凸块模型，分别改变复原和压缩阻尼力进行仿真分析，如图4、图5所示。

图4 凸块路面质心处垂向加速度（中高速度段复原阻尼力）

图5 凸块路面质心处垂向加速度（中高速度段压缩阻尼力）

图4中在第1个波峰处各曲线区分不明显，由此可知，改变复原阻尼力对减振器压缩冲击加速度无影响，由第2个波谷曲线可知其主要影响回弹（复原）阶段加速度，阻尼力越大则质心加速度越大，影响程度如图6所示。

图6 阻尼系数对加速度峰值影响曲线

由图5可知，改变压缩阻尼力对减振器压缩和复原阶段的加速度均有影响，从第1个波峰值可知，阻尼力越大则质心加速度越大，影响程度如图6所示。

统计不同复原阻尼力对应的第2个波峰最大加速度以及压缩阻尼力对应的第1个波峰最大加速度，绘制阻尼系数与加速度峰值关系曲线，如图6所示。

由图6可知，随着中高速阻尼系数增加，车身加速度峰值增加，同时压缩曲线斜率大于复原曲线斜率，改变压缩阻尼力对加速度峰值影响更大。

综上可知，改变中高速阻尼力主要影响车辆的平顺性，并且阻尼系数越小，平顺性越好，改变复原阻尼系数所带来的影响大于改变压缩阻尼系数。

4 操稳影响分析

减振器阻尼特性主要影响车辆的侧倾、俯仰等操稳工况，针对双移线工况进行仿真，提取车身侧倾角作为评价指标。

改变压缩和复原阶段的中低速阻尼力，得到车身侧倾角，如图7和图8所示，单独改变复原或压缩阻尼力对车身侧倾角均有影响。为进一步分析其影响，提取第1个周期内车身侧倾角变化值，结合平均阻尼系数绘制低速段阻尼系数对车身侧倾角的影响曲线，如图9所示。由图9可知，增加复原、压缩阻尼系数，车身侧倾角均减小；对比各曲线斜率，发现复原阻尼系数对车身侧倾角的影响更大。

图7 低速段复原阻尼力侧倾角仿真结果（双移线工况）

图8 低速段压缩阻尼力侧倾角仿真结果（双移线工况）

图9 低速阻尼系数对车身侧倾角影响曲线

5 总 结

不同工况的仿真结果表明，改变减振器中高速阻尼力主要影响车辆的平顺性，且阻尼系数越小平顺性越好，压缩阻尼力对整车平顺性影响大于复原阻尼力。在双移线工况下，增加减振器低速阻尼系数可以降低车辆侧倾度，且复原阻尼力对车辆侧倾的影响大于压缩阻尼力。

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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