1.4 減振器特性仿真研究現狀

汽車減振器的動態特性通常以阻尼力與活塞相對于缸筒的運動參數關系來表達，各類分析模型須盡可能準確地表達出這種關系。當今，國內外分析減振器特性的模型可以分成三類，即物理參數模型、等效物理參數模型和非參數化模型。

1.4.1 模型研究現狀

1.物理參數模型的研究狀況

減振器物理參數模型是考慮減振器內部油液的流動以及節流閥彈性元件的變形等真實工作狀態，所建立的流體和結構的耦合動力學模型，稱為物理參數模型（或直接參數化模型）。這種模型既可用于減振器特性預測和分析，也可用于汽車系統動力學和振動仿真分析。物理參數模型可分為集總參數模型（以常微分方程表達）和分布參數模型（以偏微分方程表達），目前所建的物理參數模型多屬于集總參數模型。

Lang于20世紀70年代后期建立的雙筒式懸架減振器集總參數模型，共包含83個參數，用于研究減振器高頻特性畸變問題。他采用簡化汽化和液化模型描述工作腔室內混入氣體發所生的物理變化，利用模擬電路實現減振器特性的仿真。Lang建立的模型及其模擬分析代表了70年代減振器建模和仿真分析技術水平，但該模型的進一步完善還需解決兩方面問題：節流閥附近流場的精確分布以及在工作腔室之間的氣體流動模型。

隨著計算技術發展，采用數值方法建立和求解減振器分布參數模型逐漸成為可能。受理論研究水平和計算條件限制，目前建立和求解完全分布參數模型尚有一定的困難，可行方法是利用FEA和CFD等方法建立集總參數和分布參數混合的模型。有研究者采用FEA方法分析了減振器內部彈性閥片的變形，也有研究者分別采用FEA和CFD方法分析了閥片組變形和流場分布特性，并建立了參數不依賴于實驗測試的動力學分析模型。

2.等效物理參數化模型的研究狀況

等效物理參數模型是將減振器抽象成一些具有某種力學特性的典型物理元件的組合系統，建立等效的力學特性分析模型，稱為等效物理參數模型或等效參數化模型。20世紀80年代末期，Karadayi和Masada認為Lang的模型雖然能夠較好地表達減振器的非線性特性，但過于復雜，不宜用于汽車系統動力學和振動仿真分析。為了建立一種既能夠表達減振器遲滯特性又較為簡明的模型，他們采用了將減振器等效化為由彈性元件、阻尼元件、間隙及摩擦元件等組合的力學模型。模型中不考慮減振器的實際結構和內部工作過程，元件的力學特性既可以是線性的也可以是非線性的，其組合系統能夠表達出減振器的非線性動態特性。

Karadayi建模方法為建立減振器少參數非線性模型探索了一條有效的途徑，但作為試探性研究，其仿真結果僅在低頻運動工況下能夠與實驗結果較好地吻合。

3.非參數化模型研究狀況

非參數化模型也稱作黑箱模型，恢復力曲面（RFS）方法是這類建模的典型代表，其要點是將減振器阻尼力表達為多運動狀態參數的函數，并以三維曲面圖直觀地表達減振器特性。目前，基于諧波激振的RFS建模方法已相對比較成熟，而基于非諧波激振（如隨機激振）的RFS建模方法還處于進一步研究中。

非參數化模型是基于對減振器實驗測試分析的一類模型，它不考慮減振器的實際結構和內部工作過程，僅采用形式上適當的數學函數表達式來逼近實驗結果。

1.4.2 特性仿真模型所存在的問題

雖然國內外很多學者對減振器仿真模型進行了大量分析和研究，采用了很多方法和手段，但都沒有取得令人滿意的仿真效果。主要原因是所建模型依賴于試驗測得的參數，沒有準確反映減振器特性起決定作用的節流閥開度、流量和壓力之間的關系。

等效參數模型和非參數化模型，不適合對減振器特性仿真分析。其中，等效參數模型適合于汽車系統動力學和振動仿真分析，且在低頻低速工況下物理元件力學特性參數的取值往往不適于高頻高速工況，這也是等效參數化建模中的難點問題；而非參數化模型適合于實驗測試分析，但由于減振器的特性與其振動頻率有關，因此需要在許多頻率下對減振器進行激振實驗，獲得一系列等頻率恢復力曲面圖，這需要進行大量的實驗測試。

雖然物理參數模型可以用于減振器特性分析，但是所建模型以微分方程表達，建立和求解這些模型尚存在很多困難。即使有學者曾建立數學模型對特性進行仿真分析，也是采用近似的半經驗公式或泰勒展開式。因此特性仿真結果與實際特性參數值相差較大。

目前山東理工大學在減振器具體結構和節流閥片變形精確計算的基礎上，依據減振器運動速度建立減振器特性精確仿真的分段函數數學模型，實現不依賴于實驗參數而對減振器特性進行精確解析仿真。