1.4 减振器特性仿真研究现状

汽车减振器的动态特性通常以阻尼力与活塞相对于缸筒的运动参数关系来表达，各类分析模型须尽可能准确地表达出这种关系。当今，国内外分析减振器特性的模型可以分成三类，即物理参数模型、等效物理参数模型和非参数化模型。

1.4.1 模型研究现状

1.物理参数模型的研究状况

减振器物理参数模型是考虑减振器内部油液的流动以及节流阀弹性元件的变形等真实工作状态，所建立的流体和结构的耦合动力学模型，称为物理参数模型（或直接参数化模型）。这种模型既可用于减振器特性预测和分析，也可用于汽车系统动力学和振动仿真分析。物理参数模型可分为集总参数模型（以常微分方程表达）和分布参数模型（以偏微分方程表达），目前所建的物理参数模型多属于集总参数模型。

Lang于20世纪70年代后期建立的双筒式悬架减振器集总参数模型，共包含83个参数，用于研究减振器高频特性畸变问题。他采用简化汽化和液化模型描述工作腔室内混入气体发所生的物理变化，利用模拟电路实现减振器特性的仿真。Lang建立的模型及其模拟分析代表了70年代减振器建模和仿真分析技术水平，但该模型的进一步完善还需解决两方面问题：节流阀附近流场的精确分布以及在工作腔室之间的气体流动模型。

随着计算技术发展，采用数值方法建立和求解减振器分布参数模型逐渐成为可能。受理论研究水平和计算条件限制，目前建立和求解完全分布参数模型尚有一定的困难，可行方法是利用FEA和CFD等方法建立集总参数和分布参数混合的模型。有研究者采用FEA方法分析了减振器内部弹性阀片的变形，也有研究者分别采用FEA和CFD方法分析了阀片组变形和流场分布特性，并建立了参数不依赖于实验测试的动力学分析模型。

2.等效物理参数化模型的研究状况

等效物理参数模型是将减振器抽象成一些具有某种力学特性的典型物理元件的组合系统，建立等效的力学特性分析模型，称为等效物理参数模型或等效参数化模型。20世纪80年代末期，Karadayi和Masada认为Lang的模型虽然能够较好地表达减振器的非线性特性，但过于复杂，不宜用于汽车系统动力学和振动仿真分析。为了建立一种既能够表达减振器迟滞特性又较为简明的模型，他们采用了将减振器等效化为由弹性元件、阻尼元件、间隙及摩擦元件等组合的力学模型。模型中不考虑减振器的实际结构和内部工作过程，元件的力学特性既可以是线性的也可以是非线性的，其组合系统能够表达出减振器的非线性动态特性。

Karadayi建模方法为建立减振器少参数非线性模型探索了一条有效的途径，但作为试探性研究，其仿真结果仅在低频运动工况下能够与实验结果较好地吻合。

3.非参数化模型研究状况

非参数化模型也称作黑箱模型，恢复力曲面（RFS）方法是这类建模的典型代表，其要点是将减振器阻尼力表达为多运动状态参数的函数，并以三维曲面图直观地表达减振器特性。目前，基于谐波激振的RFS建模方法已相对比较成熟，而基于非谐波激振（如随机激振）的RFS建模方法还处于进一步研究中。

非参数化模型是基于对减振器实验测试分析的一类模型，它不考虑减振器的实际结构和内部工作过程，仅采用形式上适当的数学函数表达式来逼近实验结果。

1.4.2 特性仿真模型所存在的问题

虽然国内外很多学者对减振器仿真模型进行了大量分析和研究，采用了很多方法和手段，但都没有取得令人满意的仿真效果。主要原因是所建模型依赖于试验测得的参数，没有准确反映减振器特性起决定作用的节流阀开度、流量和压力之间的关系。

等效参数模型和非参数化模型，不适合对减振器特性仿真分析。其中，等效参数模型适合于汽车系统动力学和振动仿真分析，且在低频低速工况下物理元件力学特性参数的取值往往不适于高频高速工况，这也是等效参数化建模中的难点问题；而非参数化模型适合于实验测试分析，但由于减振器的特性与其振动频率有关，因此需要在许多频率下对减振器进行激振实验，获得一系列等频率恢复力曲面图，这需要进行大量的实验测试。

虽然物理参数模型可以用于减振器特性分析，但是所建模型以微分方程表达，建立和求解这些模型尚存在很多困难。即使有学者曾建立数学模型对特性进行仿真分析，也是采用近似的半经验公式或泰勒展开式。因此特性仿真结果与实际特性参数值相差较大。

目前山东理工大学在减振器具体结构和节流阀片变形精确计算的基础上，依据减振器运动速度建立减振器特性精确仿真的分段函数数学模型，实现不依赖于实验参数而对减振器特性进行精确解析仿真。