基于AmeSim的油气悬挂模型建立及分析-毕设开题报告

1、中北大学毕业设计开题报告学生姓名： 黎广水 学号： 1201014144学院：机械与动力工程学院专业:车辆工程设计（论文）题目: 基于amesim的油气悬挂模型建立及分析指导教师：李晓杰2016年3月23日noktm univbrsitv op cmina 毕业设计开题报告姓名院系专业班级学号黎广水机械与动力工 程学院车辆工程120101411201014144题h基于amcsim的油气悬挂模型建立及分析-、研究背景和国内外现状被动悬挂的系统特性如弹簧刚度、阻尼系数是不可调的，不能适应各种道路，而 且其只能在满足主要性能上牺牲次要性能来适应不同要求，不能同吋获得较好的 乘坐舒适性和操作稳定性，

2、特别对于在野外作业的车辆。被动悬挂的有限行程及 被动适应地而的能力一定程度上限制了车辆的通过性。上世纪50年代开始半主动、主动悬挂的研究，主动悬挂最早由美国通用汽车公 司federspiel-labrose教授在1955年提出，之后世界各大汽车公司竞相研发这 种系统，像toyota. vovol. benz等汽车大厂均进行了较为成功的试验。实验表 明，主动悬挂在崎岖道路上高速行驶时车身也非常平稳，轮胎噪音也小，转向和 制动时车身保持水平，乘坐舒服。随着液压技术的发展，液压主动悬挂的研发受到重视，1955年法国citroen汽 车公司研制出了一种液压空气悬挂，由于其制造工艺复杂、制造成本过高未能

3、普 及。1982年lotus （莲花牌）汽车公司研发出有源液压主动悬挂，vovol公司对 这种悬挂进行了实验；1989年toyota在cehca车上装置了准主动油气悬挂系统; 1990年，nissian汽车公司在infinite （英菲尼迪）q45轿车上装备了液压主动 悬挂。采用液压主动悬挂系统的显著特特点：减震效杲明显，根据各种道路的变 化，主动调整车身，根据不同需要升高或降低车架高度，以增强车辆的通过性能 和操作性能进入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。 汽车主动悬挂控制的研究成果很多主要在：

4、1) 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.2) 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、门适应控制、滑模控制、智能控制、鲁棒控制等理论，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i分重要的意义.在国内，也有不少人对鲁棒控制进行了专题研究清华 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

5、中，均以不同的 方法对鲁棒控制进行了详细的研究.上边是理论发展的历史和现状，而对丁理论到实践的现状，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， 但引进国产后就没冇主动悬挂；电磁式可调悬挂应用车型如奥辿tt、凯辿拉 克sls、凯迪拉克ctso 23而国内一些中高端侨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

6、吋、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的效果相差无儿，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g6,合资企业别克的 新君越等。总的來说，国内的油气悬架技术在产品上的应用种类还比较少，主耍 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；而口采用半主动、主动控制的产品较少 早在2 0世纪8 0年代中后期，我国已有学者开展半主动悬挂系统研究。至2 0世纪末、2 1世纪初，我 国科研院所，如西南交通大学、清华大学、中国铁

7、 道科学研究院（以下简称铁科院）、靑岛四方车辆研究所等单位的铁路科研工 作者，从半主动悬挂原理到半主动悬挂控制策略乃至半主动悬挂系统样机研制 方而，都取得了一定的成绩。在研发样机方而比较冇代表性的冇：四南交通大 学王月明教授研发的磁流变式半主动悬挂系统，针对样机进行了室内性能试验; 清华大学博士后丁问司博士研发的机车半主动悬挂系统，进行了相关的室内性 能试验；铁科院的姚建伟研究员研发的半主动悬挂样机，在铁科院环行试验线 上进行了装车。“和谐号”动车组的crh2b、crh2e、crh2c、c r h380a、crh380al上装用了 h本k a y a b a工业株式会社捉 供的基于天棚阻尼控制

8、原理的半主动悬挂系统。二、油气悬挂的概述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 气悬挂具冇非线性刚度、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貝有广泛应用。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；当车辆在起伏路而行驶时，弹性呈非线性变化冃幅值增 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

9、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 系数也具冇了非线性特点，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。将油气悬挂屮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

10、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。6）不足之处，由于工作压力较高，需选用性能良好的组合密封，同吋还需配备 专用充气装置，对加工精度要求高，增加了生产成本。三、基本思路1）根据选定的车型确定减震器的结构类型和主要参数（现选定的是单气室活塞 分隔式被动悬挂,如下图所示）。2）对减震器气体弹簧刚度进行计算分析（计算得出影响弹簧刚度特性的参数包 括蓄能器初始充气压力垃、蓄能器初始充气体积、悬挂负载m、活塞直径d）。3）对减震器阻尼特性进行计算分析（计算得出影响悬挂阻尼特性的参数包括活 塞移动速度v、活塞直径d、阻尼阀直径d）。4）基于amesim对油气模型进行建模。

11、利用液压仿真软件amesim对车辆的1/4 油气悬挂进行建模仿真分析及参数优化。（该模型忽略椅子和人，其余包括车轮 质量、1/4车体质量、缸筒内经、活塞杆直径、蓄能器初始体积、阻尼阀孔直径、 车轮刚度和阻尼）。5）建立好仿真模型后，通过改变油气悬挂的各个参数，运行模拟仿真模型，可 得到各参数对油气悬挂性能的影响。何丽研究的重点难点1、学习和熟练amesim软件，重点掌握液压、气动模块。2、使用amesim软件建立1/4悬挂模型并作性能分析。研究的具休内容1）选定的是bjz3900车型50吨自卸矿用车，具体参数如下表格所示：车轮质量kg500车体质量空载和满载/kg 6500、 27000缸筒内

12、经mm260活塞杆直径mm 220空载时油气悬挂的气体压力mpa.容积 z7?1.813. 771 xlo 3满载时油气悬挂的气体压力mpa、容积加7.29. 48x103阻尼孔直径mm车轮刚度（n5'）车轮阻尼（nmf）2）矿用自卸车分空载和满载两种工况，根据轴荷分配比分别计算出空载和满载时 的轴荷，确定研究的1/4车模型的质量。3）根据轮胎型号，确定它的刚性系数和阻尼系数。4）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， 汕气悬挂看成可变容积活塞缸和阻尼阀及蓄能器组成

13、，作用在悬挂上的是1/4 车体质量。5）改变油气悬挂各个参数，运行模拟仿真，得出车身竖直位移的图像曲线图， 最后提出优化悬挂参数的方案。毕业设计课题工作进度计划起讫日期工作内容2016 年2刀29日一告，参加3刀29日查阅背景资料、学习软件、翻译资料、撰写开题报 答辩；3月30日一要性能参4月30日学习软件、对1/4悬挂数学模型进行分析，得出主 数；写出书面总结；5月1日对悬挂性能5 月 30 i i使用amesim软件建立1/4悬挂模型，分析各参数 的影响，提出改进依据，写出书面总结；6月1 口6 月 10 口撰写毕业设计说明书，参加毕业答辩。参考文献：1 张玉春,王良曦.汽车主动悬挂控制的

14、研究现状和未来挑战【d】北京：装 甲兵工程学院.2012.2 名车志 dail. http:/www. cad. com. cn/viewpoint20110809-14375-4. shtml3 中国汽车消费网 http:/inf. 315che. com/n/2010_03/108363/2. htm4 甄龙信张文明王国彪国内外油气悬挂的研究方法、现状与研究j 矿 山机械,2004 (08) 东北工业集团蓬翔油气悬挂矿用车填补国内空白 http:/www. ccm-1. com/2014/0612/69960. html6 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

15、， 2007.7 刘宏友，曾京，李莉.国内外半主动悬挂系统的研发及应用综述【j】国外铁 道车辆，2012 (49)8 刘宏友，李 莉，张康行，武立国.阻尼连续可调式半主动悬挂系统研制总 结报告r青岛：青岛四方车辆研究所有限公司，2011.9 孔燕，姚树新基于amesim的液压矿车悬挂系统研究【j】.流体传动与控 制,2014(65).10 封士彩起重机油气悬挂建模试验和仿真.j1机床与液压.11 晁智强基于amesim的油气悬挂性能彩响因素分析【j】.机械与液压，2012 (20)12 何存兴，张铁华.液压传动与气压传动m.湖北：华中科技大学出版社, 2000.13 关晋凯，郭剑锋，崔海涛.基于amesim的油气悬挂缸仿真分析【j】流体传 动与控制，2013 (02)14 yang jue, huang xiaxu. ” research on tcst and simulation of hydro-pneumatic suspension".15 k. deprez, k. m