雙氣室油氣懸架的建模與仿真

0雙氣室油氣懸架平整度和操縱穩(wěn)定性是車輛架架設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)考慮的兩個(gè)方面。為了在這兩個(gè)方面的性能同時(shí)實(shí)現(xiàn)最好，有必要討論主動(dòng)壟斷和半自動(dòng)壟斷。目前,對(duì)于越野車來(lái)說(shuō),其行駛路況復(fù)雜多變,并且它們大都采用被動(dòng)懸架,其剛度和阻尼參數(shù)固定不變,因此很難獲得較好的行駛平順性。針對(duì)這種現(xiàn)狀,本文設(shè)計(jì)了一種雙氣室油氣懸架來(lái)改善越野車輛的行駛平順性。這種方案結(jié)構(gòu)緊湊,成本低,不需要額外的能量消耗,并且在目前的技術(shù)條件下容易實(shí)現(xiàn),因此具有工程應(yīng)用價(jià)值。并且這種方案為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)剛度阻尼分級(jí)可調(diào)的半主動(dòng)懸架提供了基礎(chǔ)1腔和浮動(dòng)4.本文提出的雙氣室油氣懸架結(jié)構(gòu)如圖1所示,外置阻尼器和蓄能器通過(guò)油管和液壓缸相連,內(nèi)置蓄能器由活塞桿內(nèi)腔和浮動(dòng)活塞組成,這樣可以有效地利用空間,減小懸架系統(tǒng)的尺寸;活塞上有阻尼孔,活塞桿頂部設(shè)計(jì)有補(bǔ)償孔,活塞桿外壁和缸筒組成了補(bǔ)償腔,補(bǔ)償腔的存在可以保證靜態(tài)時(shí)活塞上下壓力的平衡,同時(shí)可以緩和車輪的沖擊。通過(guò)蓄能器、儲(chǔ)氣室的參數(shù)以及外置阻尼器和活塞上阻尼孔阻尼參數(shù)的變化可實(shí)現(xiàn)雙氣室油氣懸架的外特性的改變。2氣體及空氣填料v的測(cè)量如圖1所示,設(shè)Ⅰ腔的壓力為p則油氣懸架的輸出力F式(4)中,V式中,a,b是與氣體種類相關(guān)的常數(shù),V和m分別為蓄能器內(nèi)實(shí)際氣體體積和質(zhì)量,R和T為實(shí)際氣體常數(shù)和絕對(duì)溫度,V3研究參數(shù)本文建立了1/4車輛模型,分別針對(duì)雙氣室兩個(gè)儲(chǔ)氣室的初始充氣壓力和兩級(jí)阻尼器的阻尼系數(shù)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,研究了這些參數(shù)對(duì)車輛平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響。所研究的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括車身振動(dòng)加速度a、懸架動(dòng)撓度S及車輪相對(duì)動(dòng)載D。其中D=F3.1振動(dòng)模型及模擬參數(shù)的確定1/4車輛振動(dòng)模型如圖2所示,數(shù)學(xué)模型如式(7)所述3.2隨機(jī)激勵(lì)時(shí)域數(shù)學(xué)模型由于越野車輛經(jīng)常在壞路面上行駛,因此本文采取有理函數(shù)參數(shù)估計(jì)法建立了E級(jí)路面的時(shí)域模型,單個(gè)車輪受到的路面激勵(lì)時(shí)域數(shù)學(xué)模型為式中,q(t)為車輪所受到的路面隨機(jī)激勵(lì);ξ(t)為白噪聲;τ為時(shí)間差,E[ξ(t)ξ(τ)]為所選路面的自相關(guān)函數(shù),α為所選路面的空間頻率,ρ為路面不平度變量,u為車速,本文取為50km/h,δ(t-τ)為脈沖函數(shù)。3.3儲(chǔ)氣室初始?xì)饬坑绊懕?給出了當(dāng)外置蓄能器充氣壓力不同時(shí)的平順性仿真結(jié)果。結(jié)果表明,隨著充氣壓力的增加,車身振動(dòng)加速度逐漸減小,懸架動(dòng)撓度則逐漸增大,車輪相對(duì)動(dòng)載逐漸增大,但車輪相對(duì)動(dòng)載的變化趨勢(shì)不明顯,這表明外置蓄能器充氣壓力對(duì)車輪相對(duì)動(dòng)載變化影響不大。表3給出了當(dāng)內(nèi)置儲(chǔ)氣室初始充氣壓力不同時(shí)的平順性仿真結(jié)果。結(jié)果表明,隨著充氣壓力的增加,車身振動(dòng)加速度先逐漸減小而后又增大,懸架動(dòng)撓度則逐漸減小,車輪相對(duì)動(dòng)載逐漸減小。表4給出了外置阻尼器阻尼系數(shù)變化時(shí)的平順性仿真結(jié)果。結(jié)果表明,隨著阻尼系數(shù)的增加,車身振動(dòng)加速度逐漸增大,懸架動(dòng)撓度則逐漸減小,車輪相對(duì)動(dòng)載逐漸減小。表5給出了活塞上阻尼孔阻尼系數(shù)對(duì)平順性的影響。仿真結(jié)果表明,隨著阻尼系數(shù)的增加,車身振動(dòng)加速度逐漸增大,懸架動(dòng)撓度則逐漸減小,車輪相對(duì)動(dòng)載逐漸減小。通過(guò)對(duì)比可以看出,外置蓄能器和內(nèi)置蓄能器對(duì)車身振動(dòng)加速度的影響趨勢(shì)不同,隨著外置蓄能器充氣壓力增加,車身振動(dòng)加速度逐漸減小,而隨著內(nèi)置蓄能器充氣壓力的增加,車身振動(dòng)加速度先減小后增大,內(nèi)置蓄能器對(duì)車輪相對(duì)動(dòng)載影響大于外置蓄能器;外置阻尼器對(duì)平順性的影響大于活塞上阻尼孔的影響。3.4順性評(píng)價(jià)指標(biāo)頻域分析表6給出了雙氣室油氣懸架和單氣室油氣懸架及螺旋彈簧的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)方均根值的對(duì)比結(jié)果。其中,單氣室油氣懸架的活塞面積為8.043cm為了進(jìn)一步對(duì)比說(shuō)明,圖3~5給出了雙氣室油氣懸架與單氣室油氣懸架以及螺旋彈簧的平順性評(píng)價(jià)指標(biāo)在頻域內(nèi)的對(duì)比。本文建立的油氣懸架模型表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性,因此,其頻域結(jié)果是通過(guò)對(duì)模型在時(shí)域的仿真結(jié)果做頻譜分析得到的。圖3表明,相對(duì)于螺旋彈簧,雙氣室油氣懸架大大降低了車輛在低頻的共振峰值,同時(shí)也改善了高頻范圍內(nèi)的振動(dòng)情況,相對(duì)于單氣室油氣懸架,雙氣室油氣懸架明顯地改善了其高頻振動(dòng)特性,并降低了整個(gè)頻率范圍內(nèi)的幅值,大大地改善了車輛的振動(dòng)特性。由圖4可以看出,與螺旋彈簧相比,單氣室油氣懸架減小了懸架動(dòng)撓度在低頻范圍內(nèi)的共振峰值,雙氣室油氣懸架則降低了懸架動(dòng)撓度在低頻范圍內(nèi)的峰值以及其共振頻率。圖5表明,雙氣室油氣懸架主要降低了非懸掛質(zhì)量低頻范圍內(nèi)的共振峰值,并使得其高頻共振頻率減小,改善了車輪的接地性。4仿真及評(píng)價(jià)對(duì)比分析(1)提出了一種雙氣室油氣懸架,這種方案不需要額外的能量消耗,并且為下一步實(shí)現(xiàn)剛度阻尼可控懸架奠定了基礎(chǔ)。(2)建立了1/4車輛振動(dòng)模型,通過(guò)仿真研究了雙氣室油氣懸