油气悬挂毕设说明书

.毕业设计说明书基于AMESim的油气悬挂模型建立及分析机械与动力工程学院1201014144黎广水学生姓名： 学号： 车辆工程学 院： 李晓杰专 业： 指导教师： 2016年 6 月;.基于AMESim的油气悬挂模型建立及分析摘 要 随着经济和技术的发展，基础设施技术含量越来越高，对于矿用机械和矿用车辆，改善其性能的重要技术手段就是优化悬挂控制策略和优化悬挂参数，矿用车长时间运行且在恶劣环境中作业，那么油气悬挂需要更稳定和更可靠的性能，为了降低成本，缩短开发周期，合理地设计和模拟其性能显得非常重要，因此对油气悬挂的研究有重要的意义。 了解和对比各种油气悬挂的特点，选外置气室油气分隔式悬挂作为研究对象，分析其结构、特点和原理，假设温度、气体可变系数、油液密度等为常量，建立油气悬挂数学模型，并利用AMESim软件建立相应的油气悬挂模型，进行模拟仿真，分析系统模型中对车身位移特性、加速度特性有影响的变量，变量有油缸内径、活塞杆直径、蓄能器初始压力、蓄能器初始体积、阻尼孔直径等，改变这些变量数值，仿真分析其对这些特性的影响。通过分析不同参数对悬挂刚度、悬挂阻尼影响，总结其规律，提出优化设计悬挂参数数值的方案。关键词：AMESim，油气悬挂，悬挂刚度，悬挂阻尼Analysis for Hydro-pneumatic Suspension based on AMESimAbstractWith the development of economy and technology, infrastructure, more and more high technology , to mine machinery and mine car, improve its important technical means is to optimize the performance of suspension control strategies and optimization of suspension parameters, mine car is running for a long time and operation in the bad environment, so the hydraulic pneumatic suspension needs more stable and reliable performance, in order to reduce costs, shorten the development cycle, a reasonable design and simulated its performance that is very important, so the study of hydraulic pneumatic suspension has an important significance. To understand and compare the characteristics of various hydraulic pneumatic suspension, choosing the outer chamber separation of hydraulic pneumatic suspension as the research object, analyses its structure, characteristics and principles, assumptions, such as temperature, the density of the oil, gas, variable coefficient are constant, the mathematical model of the hydraulic pneumatic suspension and corresponding oil and gas suspension model is established by using AMESim software, carries on the simulation and analysis system model of displacement and acceleration characteristics for the bodies of influential variables, variables have cylinder bore and piston rod diameter of initial pressure and the accumulator volume and accumulator, damping hole diameter, etc., then changing the variable values, to simulated and analyse the effects on these features. Through the analysis of different parameters on the suspension stiffness, suspension damping, summarizing its law and putting forward the optimization design of suspension parameters of numerical solution.Key words:AMESim,Hydro-pneumatic Suspension, Suspension stiffness,Suspension damping 目录 1 绪论11.1 研究背景和意义11.2 油气悬挂的概述21.3 油气悬挂的分类21.4 油气悬挂的特点41.5 仿真软件的概述51.6 国内外研究现状51.6.1 国外研究现状51.6.2 国内研究现状62 油气悬挂结构和原理72.1 悬挂油缸的结构和原理72.2 蓄能器的结构和原理82.3 本文研究的内容103 油气悬挂的数学模型113.1 油气悬挂的分析113.2 油气悬挂的计算123.2.1 刚性特性分析123.2.2 阻尼特性计算134 油气悬挂的仿真154.1 AMESim模型建立步骤154.2 油气悬挂子模型选择164.3 油气悬挂AMESim模型204.4 油气悬挂仿真和特性分析215 结论25参考文献26致谢28;.1 绪论1.1 研究背景和意义 悬挂分为被动悬挂、半主动悬挂、主动悬挂，由于研究的对象是油气悬挂，选用研究的车型是矿用车型。矿用车承担大重量恶劣环境的运输，在运输煤矿、石渣、砖泥方面，运输效率高、成本低、车辆损耗小，保证了运输的方便可靠性，这些优点小型运输车是无法比及的。 国外发展重型矿用车比较早，著名的机械公司有卡特彼勒、特雷克斯（TEREX）、利勃海尔、小松、日立、白俄罗斯BELAZ等，卡特彼勒代表车型797，363吨；利勃海尔代表车型最大载重360吨；小松代表车327吨；日立自行研制驱动控制系统，代表车最大载重286吨；白俄罗斯BELAZ，产品系列齐全。 近年来，我国矿业快速发展，矿用重卡车需求不断增长，国内发展研发的公司多，但规模较小。发展情况有，中环动力北京重型汽车有限公司、北京首钢重型汽车制造股份有限公司、内蒙古北方重型汽车股份有限公司、本溪北方机械重型汽车有限责任公司和湘潭电机股份有限公司。另外，三一重工、宇通重工、秦皇岛天业通联重工、中国重型汽车集团以及陕西汽车集团有限责任公司等企业也生产矿用汽车，但未形成规模和批量化，产品载重量均在 100 t 以下。国外矿用汽车的载重量已达 363 t，而国内生产的最大矿用汽车载重量大多在 220 t 。 油气悬挂具有可变刚度、可变阻尼的特性，可以有效的改善车辆的行驶稳定性、操作性和舒适性。传统悬挂在不高速度和相对平坦的道路上性能还能满足，但在坑坑洼洼的路行驶时，产生很大冲击，悬架不能随震动频率衰减，缓冲吸收不了那么多冲击能量，适应性差。而油气悬挂具有可变刚度，可变阻尼的性能，能明显缓和冲击，减少振动形成的颠簸，使车辆寿命增长，适合矿用车的使用要求，技术上满足了性能，再加上国内巨大的市场，研究油气悬挂有重要意义123。 1.2 油气悬挂的概述 油气悬挂由D.C.Kamapp所发明，是一种车辆的悬吊技术，这项悬挂技术是将液压传动控制和悬吊系统两项技术结合，是发展现代特种车辆及大型大型车辆的关键技术之一，如矿用车。油气悬挂的液体是以油作为介质，气体是惰性气体，通常用氮气作为悬吊系统的弹性介质。主要结构是蓄能器和悬挂缸构件，油气悬挂具有体积小、质量轻、承载能力强，容易实现车身高度调节，并兼有阻尼减震和自动润滑特点3。实物图如下： 图1.1a 图1.2 b1.3 油气悬挂的分类 一般按照蓄能器的类型和气室数量、油缸连接方式和控制策略分类4。 （1）按蓄能器类型分：单气室、双气室、两级压力式。单气室的结构简单，性能可靠，成本低。双气室的活塞行程大，能适应较复杂路面，但工艺复杂，制造费用高，不易于维修。两级式的有主副蓄能器，其非线性刚度变化范围大，适用于各种复杂路面。 图1.4 单气室 图1.5双气室 图1.6两级压力式（2）按车辆行驶时，控制振动能量的的衰减情况分：被动式、半主动式和主动式。被动式的刚度和阻尼在设计和预充压力和气体完成后，就不可改变。半主动的刚度和阻尼开始设定的值可进行一定的调节。主动式的则是实时调节刚度和阻尼，不管路况如何，其都能做出相应的可行调节，使车身基本不颠簸。 图1.6 被动悬挂 图1.7半主动悬挂 图1.8主动悬挂 （3）按左右悬挂油缸是否相连：分为互连式与独立式。左右缸油液互相补给，有很好的抗侧倾性能。 图1.9互连式 图1.10单气室独立式 图1.11 双气室独立式1.4 油气悬挂的特点 油气悬挂选用惰性气体作为弹性介质，具有优越的非线性弹性特性和良好的减震性能，能够最大限度地满足工程车辆的平顺性要求。与其它类型的悬挂相比，油气悬挂具有非线性刚度、结构紧凑、可调车姿等显著优点。在军用、越野车辆及工程车辆与工程机械中具有广泛应用5。特点如下： 1）非线性刚度特性。油气悬挂具有非线性变刚度、渐增性特点。当车辆在平坦路面上行驶时，悬挂行程较小，弹性介质承受的瞬间压力所产生的刚度也就小，能够满足平顺性的要求；当车辆在起伏路面行驶时，弹性呈非线性变化且幅值增加，可以吸收较多的冲击能量，发挥出气体质量储能比大的特点，起到有效缓冲作用，避免了避免了地面激励直接传到车身以及“悬挂击穿”的现象出现。对于载荷变化较大的车辆，油气悬挂非线性刚度特性能够克服车辆固有频率大范围变化使行车性能变差的缺点。 2）非线性阻尼特性。安装阻尼阀后，与普通液压减震器相同，油气弹簧的阻尼系数也具有了非线性特点，悬挂阻尼力和阻尼比均随着车架和车桥相对速度的变化而变化。 3）车姿调控。可调式油气悬挂可以使车体升降，前后俯仰和左右倾斜。但需要加一套车姿调整系统，主要通过对悬挂缸的补油或排油实现上述功能的。 4）悬挂闭锁功能。将油气悬挂中的动力缸和蓄能器分置，并在连接它们的高压管路上加装阻止阀即可实现悬挂闭锁功能。 5）结构紧凑。加装阻尼阀后，油气悬挂不再需要单独的减震器，尤其针对单缸式有气弹簧，结构更加简短，通常把气室设计在活塞杆内。不足之处，由于工作压力较高，需选用性能良好的组合密封，同时还需配备专用充气装置，对加工精度要求高，增加了生产成本。1.5 仿真软件的概述AMESim最早由法国Imagine公司于1995年推出，2007年被比利时LMS公司收购。LMS Imagine.Lab AMESim一多学科领域的复杂系统建模与仿真平台。用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、液压系统、机电系统和冷却系统中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为在汽车、液压和航天航空工业研发部门的理想选择。工程设计师完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的这些来自不同物理领域的模型都是经过严格的测试和实验验证的。LMS Imagine.Lab AMESim处于不断的快速发展中，现有的应用库有：机械库、信号控制库、液压库（包括管道模型）、液压元件设计库 （HCD）、动力传动库、液阻库、注油库 （如润滑系统）、气动库（包括管道模型）、电磁库、电机及驱动库、冷却系统库、热库、热液压库（包括管道模型）、热气动库、热液压元件设计库 （THCD）、二相库、空气调节系统库；作为在设计过程中的一个主要工具，AMESim还具有与其它软件包丰富的接口，例如Simulink, Adams, Simpack, Flux2D，RTLab ,ETAS, dSPACE, iSIGHT等。1.6 国内外研究现状1.6.1 国外研究现状 国外研究油气悬挂起步早，对模型设计和建立，并对其进行模拟仿真和优化实验案例比较先进，进入90年代，电液比例控制技术发展及各种主动控制算法不断出现，出现了如预测控制方式的液压主动悬挂、计算机控制系统的全液压主动悬挂等等6。汽车主动悬挂控制的研究成果很多主要在： 各国学者和工程人员在解决主动悬挂系统的控制问题,以及使主动悬挂系统走向工程应用等方面作了大量的卓 有成效的工作。由于他们的不懈努力 , 各种不同结构 、不同控制算法的主动悬挂系统已经应用到部分高级轿车和个别军 用原型车辆上。因而获得 大 量 的 主 动 悬 挂 控 制 知 识 , 包 括 : 主 动 悬 挂 的 LOR/ LQ G 控制 、自适应控制 、滑模控制 、智能控制 、鲁棒控制等理论710, 以及这些控制器的设计方法 . 这些知识对于汽车主动控制技术的发展 , 甚至对于整个工程领域控制理论的发展和应用 , 都具有十分重要的意义. 现如今先进的技术还是国外掌握着。主动悬挂包括：空气式可调悬挂 液压式可调悬挂 电磁式可调悬挂 电子液力式可调悬挂（CDC）。空气式可调悬挂应用的经典车型如奔驰S350、奥迪Q7、保时捷卡宴等；液压式可调悬挂应用的车型雪铁龙C5、C6等，但引进国产后就没有主动悬挂；电磁式可调悬挂 应用车型如 奥迪TT、凯迪拉克SLS、凯迪拉克CTS8。1.6.2 国内研究现状对于主动控制的策略，主要是对鲁棒控制得比较多，清华 大学的黄兴惠等、西南交通大学的戴焕云等、上海交通 大学的张志谊在其博士论文中 , 均以不同的方法对鲁棒控制进行了详细的研究.而对于特性方面的研究，主要是对刚度和阻尼特性进行研究和对新型油气悬挂设计研究。国内很多研究学者，对油气悬挂非线性特性和阻尼进行了详细的理论推导和分析，进行仿真和模拟，得出蓄能器压力、体积、阻尼孔等因素对上述特性的影响。新型悬挂设计则是像油气悬挂控制回路、车身侧角调节单元等进行研究。而国内一些中高端轿车上主动悬挂用的是CDC技术，也就是连续减震控制，说白了就是一套减震系统，属于主动悬挂的一种。他的工作原理是通过电控对减振器的阻尼实现实时、连续可调。空气悬挂对比CDC最大的不同在于可调节离地间隙，在减震、稳定性等方面和CDC的效果相差无几，但配备空气悬挂的车动则上百万。应用的车型如奇瑞的瑞麒G69，合资企业别克的新君越等。总的来说，国内的油气悬架技术在产品上的应用种类还比较少，主要集中在少数工程特种车辆上，如徐重系列全地面起重机，矿用自卸车及军事特种车辆等。产品性能如可靠性、可操作性、行驶平顺性等和国外同类型产品相比，还存在较大的差距；而且采用半主动、主动控制的产品较少11。 2 油气悬挂结构和原理2.1 悬挂油缸的结构和原理单气室悬挂缸主要有油缸外壳、缸头、活塞杆、活塞等构成，其详细的结构原理如下图。在缸头上带有阻尼孔和单向阀，活塞上腔通过阻尼阀与蓄能器相连，活塞下腔与空气动力源相连，可认为下腔工作压力为1个大气压力。1 4 32 图2.1 单气室油气悬挂 1、缸头 2、活塞 3、活塞杆 4、缸筒外壳车辆轮胎受到不平路面的振动时，活塞与缸筒之间会有相对运动，运动过程分为压缩行程和回复行程。（1） 当活塞向上运动时，即处于压缩状态，活塞上腔内的油液通过阻尼阀孔被压入蓄能器中，油液压缩蓄能器中的空气，气体压力增大。油液通过阻尼孔时，有压力损失，损失的压力能转化为热能消散，从而衰减振动，剩下的转化为气体的压力能，储存在蓄能器中。（2） 当活塞向下运动时，即处于复原行程，油液通过阻尼阀孔，由蓄能器流向活塞上腔，气囊中的压力变小，蓄能器存储的能量被释放出来，在通过阻尼阀孔时，孔两端产生压力差，即有部分压力被损耗了，转化成热能消散，从而像压缩行程时一样，振动又被阻尼孔衰减了。2.2 蓄能器的结构和原理 蓄能器利用气体的可压缩性进行能量存储，由于能吸收能量冲击，所以能起到很好的弹簧作用，它由钢制壳体、充气阀、胶囊、菌形阀、阀体座、密封环以及压环等组成，如下图所示： 图2.2 蓄能器 1.阀防护罩 2.充气阀 3.制动螺母 4.壳体 5.胶囊 6.菌形阀 7.橡胶托环 8.支承环 10.压环 11.阀体座 蓄能器的使用：使用前要预加压力和充气。在工作过程中，主要可以分为冲液和排液两个过程，悬挂活塞向上运动时，油液会通过阻尼孔进入蓄能器，此时，蓄能器的气体体积变小了压力变大了；相反，当活塞向下运动时，蓄能器的液体进入缸筒，此时，气囊的体积变大，压强变小。如下图所示： 使用前状态 充气状态 冲液状态 排液状态 蓄能器有两种用途。当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出来，以补液压泵流量之不足。当停机但仍需维持一定压力时，可以停止液压泵而由蓄能器补偿系统的泄漏，以保持系统的压力。 蓄能器也可用来吸收液压泵的压力脉动或吸收系统中产生的液压冲击压力。蓄能器中的压力可以用压缩气体、重锤或弹簧来产生，相应地蓄能器分为气体式、重锤式和弹簧式。气体式蓄能器中的气体与液体直接接触者，称为接触式，其结构简单，容量大，但液体中容易混入气体，常用于水压机上。气体与液体不接触的称为隔离式，常用皮囊和隔膜来隔离，皮囊体积变化量大，隔膜体积变化量小，常用于吸收压力脉动。重锤式容量较大，常用于轧机等系统中，供蓄能用。 蓄能器遵循波尔定律（PV=nRT）,排液和充液较慢时，能量能与外界环境充分交换，可认为温度恒定；当排液和充液较快时，能量不能充分与外界交换，使得蓄能器工作温度发生变化。;.2.3 本文研究的内容前边介绍了油气悬挂的背景和应用、油气悬挂的概述以及油气悬挂的特点和对仿真平台AMESim软件的了解，还有对油气悬挂结构和原理的深入了解，为后边数学模型的计算提供现实模型，以及在在仿真时，初始状态是怎么设置的。本次研究选用的是车型是北京中环车型25吨自卸矿用车，通过查阅该车型的相关资料，获得其详细参数，如表1所示。由于整车研究复杂和要花费较长时间，所以研究该车的油气悬挂时，把车的1/4车型拿出来研究，研究这1/4车型中的油气悬挂特性，根据轴荷分配比计算1/4车型的轴荷。 根据减震器已知参数建立1/4车辆模型，这模型由车轮、油气悬挂、1/4车质量等组成。 通过AmeSim 软件模拟1/4模型，把车轮看成是弹簧、阻尼、质量组成的模块，油气悬挂看成可变容积活塞缸和阻尼阀及蓄能器组成，作用在悬挂上的是1/4车体质量。改变油气悬挂各个参数，参数包括悬挂缸筒内径、活塞杆直径、油气悬挂的气体压力，阻尼孔直径；这几个参数主要影响悬挂的刚度特性和阻尼特性，而这两个特性主要影响悬挂的减震性能，表现为减震过程车身竖直位移的变化特性；运行模拟仿真，得出车身竖直位移的图像曲线图，最后提出悬挂的优化设计方案。而对于优化的方法，传统方法是不断地重复试验。 3 油气悬挂的数学模型3.1 油气悬挂的分析实际的悬挂系统模型包含很多不确定变量，在进行分析前，对一些不大的因素忽略，从而把悬挂模型简化，变成可控的理想模型。进行如下的假设：（1） 假设活塞和缸筒的摩擦忽略不计；（2） 悬挂系统内的油液不可压缩，其特性不受外界影响；（3） 蓄能器的相关参数不受外界环境条件的影响；（4） 假设不存在液漏；（5） 假设蓄能器温度变化不快，认为基本恒定。假设后简化模型如下图所示： 4 3 2 1 1.油缸 2.活塞 3.阻尼阀 4.蓄能器 图3.1 油气悬挂简化模型 3.2 油气悬挂的计算3.2.1 刚性特性分析蓄能器气体的弹簧压力为： （3-1） （3-2）其中为活塞直径；为蓄能器内气体压力；为大气压力；油气悬挂蓄能器遵守波尔定律，在上述假设中，温度变化不大，因此，由气体的状态方程有： (3-3)其中，为蓄能器内气体初始压力； 为蓄能器内气压初始体积； 为蓄能器瞬间气体压力； 为蓄能器瞬间气体体积； 为蓄能器静平衡时气体压强； 为蓄能器静平衡时气体体积；若为平衡时活塞向上运动的距离，因此有： （3-4）将其代入公式（3）中得： （3-5）活塞平衡时有： （3-6） （3-7）那么： （3-8） （3-9）综上述可得气体弹簧刚度为： （3-10）3.2.2 阻尼特性计算在压缩行程时，油液经过阻尼孔流向蓄能器，流量为： （3-11）由于节流孔分为：时为薄壁小孔，取0.6-0.8；时为短孔，取0.7-0.8；4时为细长孔；为小孔的流通长度，为小孔的孔径。由节流小孔的流量方程有： (3-12) 其中，:活塞缸截面积； ：活塞位移； ：节流孔流量； ：为节流孔流量系数； ：为节流孔的截面积； ：为两端的压力差； ：为油液的密度； (3-13)油液通过阻尼孔时产生的阻尼力大小为： (3-14)由（3-11）、（3-12）、（3-14）得阻尼力方程为： (3-15) 对上式子进行求导得： (3-16) 拉伸行程时，同压缩行程一样，方向相反，阻尼表达式都是（3-16）式。由刚度公式 可知，蓄能器初始充气压力增大，油气悬挂刚度变小；蓄能器初始充气体积增大，油气悬挂弹簧刚度减小；悬挂负载M增大，悬挂弹簧刚度变大；活塞直径增大，弹簧刚度变小。由阻尼公式可知，活塞移动速度增大，阻尼变大；活塞直径变大，阻尼增大；阻尼孔直径增大，阻尼减小13-19。4 油气悬挂的仿真4.1 AMESim模型建立步骤 添加相应的库选择需要的模型连接模型 建立草图 为各个模型选合适的子模型子模型选择 根据设计和计算的数学模型，为各模块输入参数 设置参数 修改参数 仿真 显示结果 AMESim的仿真操作步骤4.2 油气悬挂子模型选择 基于AMESim建立油气悬挂仿真模型，通过AMESim强大的模拟环境得出悬挂特性曲线，直观地知道悬挂特性，为设计和优化效果参数提供便利快捷的渠道，仿真过程的操作包括：首先是草图模式，从相应的库中选出需要的模块，把模块连接起来，形成一个草图；然后点击子模型模式，为每个元件选择合适所需的子模型，可优先选择子模型。这一步完成后，点击参数模式，对每个模型输入相关参数，在运行模式下设置仿真时间、仿真步长和选择时域频域等，然后点击运行仿真，把得到的结果拉出到空白的地方显示图形曲线，分析结果，根据显示结果修改参数，再仿真得到合乎期望的曲线。（1）悬架油缸模型：用可相对位移的油缸模型BRP18子模块和可变容积模块BHC11子模块来建立。可变容积用来模拟活塞移动时，活塞缸刚度的变化引起整体刚度的改变。使用时，要设置活塞直径、活塞杆直径、活塞缸行程和可变容积模块死容积大小。 图3.2 BRP18子模型及其各端口 BRP18由它端口变量可知，它是具有线性自由度的往复运动，1端口有流速，容积和力变量，其他端口是力、速度和位移变量，而由容积变化引起的刚度变化，则用可变容积模块来模拟，如下图: 图3.3 BHC11子模块及其各端口变量（2）蓄能器模型：在标准液压库中选取HA001子模块，HA001-Hydraulic accumulator without inleft orifice是管路压力损失不计，在使用这个蓄能器模型时，需要设置预加压力、蓄能器容积和出口端压力，出口端压力必须大于预加压力，其他参数用默认值。 图3.4 HA001蓄能器模块及其端口变量（3） 质量块模型：直接选取标准机械库的相应的质量块MAS002,需要设置的参数有质量大小、倾斜度和模块箭头的放置，倾斜度关系到重力的方向，箭头向上，重力向下时，设置倾斜度为-90度；箭头水平放置，倾斜度为0. 图3.5 MAS00质量块子模型（4）阻尼孔模型：在标准液压库中直接选择OR0000阻尼孔模块,其中的参数有两种设置方式：1、设置等效直径和最大流量系数；2、可以设置流量和相应的流量压降。在设置时用第一种方式，设置阻尼孔的直径，流量系数用默认值。 图3.6 OR0000子模型及端口变量（5）单向阻尼阀模块：在标准液压库中选择CV000子模块，设置其开启压力和流量系数，其模块图如下： 图3.7 CV000单向阻尼阀模块（6） 液压油管模型：用优选模式选取的模型，如下图 图3.8 液压油管模块把需要的模型选取到空白窗口以后，按照上述的仿真流程操作，连接好草图，选取子模型，输入参数，设置运行仿真参数，建立的草图如下所示。AMESim软件建立的模型对准确的数学模型计算有很大的依赖性，要想得到理想的期望曲线，需要对蓄能器的初始体积、蓄能器的初始压力，车轮的弹簧刚度和阻尼、活塞直径、活塞杆直径、阻尼孔等效直径等输入准确的参数，模拟仿真只是一个工具，所以计算过程需要完全掌握，才能明了知道仿真的意义。仿真得出明了的曲线图，可以帮助我们分析数据，通过修改参数和调整，使油气悬挂得到优化的结果，这样可以节省了人力计算和画图分析，节省开发时间。4.3 油气悬挂AMESim模型 图3.9 单气室油气悬挂AMESim模型 表 1 系统仿真参数 名称 单位数值车轮质量kg50缸筒内径mm160活塞杆直径mm120蓄能器初始压力MPa2.5蓄能器初始体积L3阻尼孔等效直径mm4车轮刚度N/m180000车轮阻尼N/(m/s)5000空载簧上质量kg25004.4 油气悬挂仿真和特性分析通过改变油气悬挂的各个参数，运行仿真模型，可以得到各参数对油气悬挂性能的影响20-23。（） 改变油气悬挂蓄能器初始充气压力，仿真结果如图所示。由图可知：蓄能器初始压力越大，车身振荡幅度越大；同时，蓄能器初始压力不能太小，太小起不到减震的效果，会使得车身位移发生偏移，容易使得限位器与平衡肘发生碰撞。（） 改变蓄能器额能器初始压力对车身竖直位移的影响由图可知：蓄能器充气容积越大，车辆行驶越平稳；同时油气蓄能器受到悬挂体积的限制，不可能做得很大。（） 改变缸筒内径大小，其仿真结果如图所示。由图可知：缸筒内径越小，车辆行驶过程中越趋于平稳。同时缸筒承受着整车的重力，不能过小，过小容易发生故障（） 改变活塞杆直径大小，其仿真结果如图所示。由图可知，活塞杆直径越大，车辆震荡幅度较小，车辆的行驶性能越好。结合图可知油气悬挂缸有杠腔截面积越小，车辆行驶越平稳。（） 改变阻尼阀孔直径的大小，其仿真结果如图所示。图可知：油气悬挂阻尼阀的阀孔直径越小，阀孔阻尼力越大，车辆行驶越趋于平稳。因此在满足加工和材料等影响因素的前提下，油气悬挂的阻尼阀孔越小越好。 ）改变悬挂输入，其仿真结果如图所示。图悬挂输入对车身竖直加速度的影响由图可知：油气悬挂的车身加速度受车轮输入的影响很大。因此，当车辆高速行驶在不平路面上时，人们能够明显地感觉到不舒服。 7）由以上仿真分析和总结，进行参数数值的调整，再进行仿真，对比参数数值改变前后车身位移振荡的变化，反复改变数值并仿真对比，最后得到较理想的曲线，从而达到参数优化的目的。 表 2 油气悬挂优化前后仿真数据 名称单位优化前数据优化后数据车轮质量Kg5050缸筒内经mm160158活塞杆直径mm120122蓄能器初始压力MPa2.51蓄能器初始体积L35阻尼孔等效直径mm54车轮刚度N/m180000180000车轮阻尼N/(m/s)50005000空载簧上质量Kg250025008) 油气悬挂参数优化前后，车身振荡曲线如下所示：由图可知，优化后的油气悬挂振荡幅度明显小了许多，振动到平稳的时间也缩小，这能使驾驶员具有乘坐舒适性，使车身零件损耗减小，增加了车的寿命。5 结论油气悬挂性能的好坏直接影响着车辆的乘坐舒适性、车辆的使用寿命等，因此各种车辆的正常工作都需要性能良好的油气悬挂作为保障。文中利用液压建模软件，分析了油气悬挂几个主要参数对油气悬挂性能的定性影响， 油气悬挂兼备刚度特性和阻尼特性，刚度特性起弹簧作用，暂时缓存路面冲击能量，阻尼孔能把冲击的能量转化成热量消散，由以上仿真结果可以看出，在合理的取值范围内，改变各个参数后对车身平稳性有很明显的变化，所以在合理值内，适当取蓄能器压力，不能太大也不能太小，蓄能器容积适当取大些，缸筒内径小些，活塞杆直径大些，阻尼孔合理小些。这些仿真结果为油气悬挂的优化提供了可靠的理论依据，大大缩短了试验时间和成本，也为油气悬挂的维修检测提供了理论依据。参考文献1 封士彩,王国彪.工程车辆油气悬架的现状与发展J.矿山机械 ,2000,(12): 29-31. 2 孙建民.油气悬架的应用及关键技术评述J.煤矿机械 ,2007,28(4):8-10.3 甄龙信,张文明,于国彪.油气悬架综述.有色金属 (矿山部分 ),2004,56(4): 36-38. 4 彭友谊油气悬架系统简介J建设机械技术与管理，2006(05)：80835 秦家升,安静,单海燕等.油气悬架的特征及其结构原理分析R.工程机械,2003, (11): 8-10 .6 王欣,蔡福海,高顺德.车辆油气悬架技术现状与发展趋势J.建筑机械学报,2007, 01: 58-61.7 张玉春 , 王良曦.汽车主动悬挂控制的研究现状和未来挑战D.北