技术揭秘｜空气阻尼型橡胶隔振器（空气悬置）非线性建模与动特性仿真

答案是——空气阻尼型橡胶隔置（Air Damped Rubber Mount，简称空气悬置）。近期，拓普声学振动技术有限公司联合泛亚汽车技术中心，针对典型空气悬置建立了非线性集总参数模型，并通过仿真与实验验证了模型的有效性，揭示了关键结构参数对动特性的影响规律。

一、什么是空气悬置？

空气悬置在结构上由橡胶主簧 + 封闭气腔 + 节流孔（与大气相通）组成。当发动机激励使主簧像活塞一样压缩/拉伸气腔时，腔内气体被迫通过节流孔与大气交换，产生节流阻尼效应，将振动能量转化为热能耗散。

📌 特点：成本介于橡胶悬置与液阻悬置之间，低频大振幅下有可观阻尼。

二、如何建立仿真模型？

研究团队采用集总参数非线性模型，将空气悬置拆解为三部分进行耦合建模：

• 橡胶主簧：采用 Kelvin-Voigt 粘弹性模型，用复刚度 Kr(1+jtanδ)描述；

• 气腔：简化为理想气缸–活塞模型，基于理想气体状态方程推导气体压缩刚度与体积柔度；

• 节流孔：引入薄壁圆孔声阻抗（内阻抗 Zi+ 辐射阻抗 ZAr），考虑气体黏性、惯性与非线性流速修正。

最终得到空气悬置总复刚度表达式：

并通过迭代算法求解非线性流速项，保证仿真精度。

图2 空气悬置集总参数模型

三、仿真 VS 实验——模型靠谱吗？

以某典型空气悬置为样件，分别在 0.1 mm（小振幅）和 1.0 mm（大振幅） 激励下进行正弦扫频测试：

• ✅ 大振幅（1.0 mm）：动刚度 Kd与滞后角 ϕ的计算值与实测值吻合良好；

• ✅ 小振幅（0.1 mm）：动刚度基本一致，滞后角峰值频率可被准确预测，高频段略有偏差，不影响工程趋势判断。

对比结果证明：该集总参数模型能较准确地反映空气悬置的动态特性，可用于产品开发阶段的性能预估。

图3 空气悬置大振幅动特性对比（振幅：1.0mm）

图4 空气悬置小振幅动特性对比（振幅：0.1mm）

四、哪些因素影响空气悬置性能？

通过参数化仿真，团队总结了关键设计变量的影响规律：

核心结论：

• 🔴 节流孔直径是调节阻尼最有效的参数——孔径减小可显著提高阻尼（滞后角），是调校重点；

• 🟡 节流孔长度影响甚微，工程上可忽略；

• 🟢 减小初始体积、增大绝热程度可提升动刚度与阻尼。

   

  图5 节流孔径对空气悬置动特性影响曲线

   

  图6 节流孔长对空气悬置动特性影响曲线

五、写在最后

空气阻尼型橡胶隔振器为整车厂提供了一条性能与成本平衡的新路径。本文所建立的非线性集总参数模型及参数影响规律，可为空气悬置的正向设计与结构优化提供理论支撑。

未来，随着混动/电动总成对 NVH 要求的提升，空气悬置有望在更多车型动力总成悬置系统中获得应用。