油氣懸掛畢設(shè)開題報告

1、 中 北 大 學畢業(yè)設(shè)計開題報告學 生 姓 名： 黎廣水學 號：1201014144學 院：機械與動力工程學院專 業(yè)：車輛工程設(shè)計(論文)題目：基于AmeSim的油氣懸掛模型建立及分析指導(dǎo)教師:李曉杰 2016 年 3 月 23 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 姓名 院系 專業(yè) 班級 學號 黎廣水機械與動力工程學院 車輛工程120101411201014144 題目基于Amesim的油氣懸掛模型建立及分析1、 研究背景和國內(nèi)外現(xiàn)狀被動懸掛的系統(tǒng)特性如彈簧剛度、阻尼系數(shù)是不可調(diào)的，不能適應(yīng)各種道路，而且其只能在滿足主要性能上犧牲次要性能來適應(yīng)不同要求，不能同時獲得較好的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性，特別對于在野

2、外作業(yè)的車輛。被動懸掛的有限行程及被動適應(yīng)地面的能力一定程度上限制了車輛的通過性。上世紀50年代開始半主動、主動懸掛的研究，主動懸掛最早由美國通用汽車公司Federspiel-Labrose教授在1955年提出，之后世界各大汽車公司競相研發(fā)這種系統(tǒng)，像TOYOTA、VOVOL、BENZ等汽車大廠均進行了較為成功的試驗。實驗表明，主動懸掛在崎嶇道路上高速行駛時車身也非常平穩(wěn)，輪胎噪音也小，轉(zhuǎn)向和制動時車身保持水平，乘坐舒服。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓主動懸掛的研發(fā)受到重視，1955年法國Citroen汽車公司研制出了一種液壓空氣懸掛，由于其制造工藝復(fù)雜、制造成本過高未能普及。1982年LOTUS（

3、蓮花牌）汽車公司研發(fā)出有源液壓主動懸掛，VOVOL公司對這種懸掛進行了實驗；1989年TOYOTA在cehca車上裝置了準主動油氣懸掛系統(tǒng)；1990年，NISSIAN汽車公司在infinite（英菲尼迪）Q45轎車上裝備了液壓主動懸掛。采用液壓主動懸掛系統(tǒng)的顯著特特點：減震效果明顯，根據(jù)各種道路的變化，主動調(diào)整車身，根據(jù)不同需要升高或降低車架高度，以增強車輛的通過性能和操作性能。1進入90年代，電液比例控制技術(shù)發(fā)展及各種主動控制算法不斷出現(xiàn)，出現(xiàn)了如預(yù)測控制方式的液壓主動懸掛、計算機控制系統(tǒng)的全液壓主動懸掛等等。汽車主動懸掛控制的研究成果很多 主要在：1） 各國學者和工程人員在解決主動懸掛系統(tǒng)

4、的控制問題 , 以及使主動懸掛系統(tǒng)走向工程應(yīng)用等方面作了大量的卓 有成效的工作. 由于他們的不懈努力 , 各種不同結(jié)構(gòu) 、不同控 制算法的主動懸掛系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到部分高級轎車和個別軍 用原型車輛上.2) 獲得 大 量 的 主 動 懸 掛 控 制 知 識 , 包 括 : 主 動 懸 掛 的 LOR/ LQ G 控制 、自適應(yīng)控制 、滑?？刂?、智能控制 、魯棒控制 等理論 , 以及這些控制器的設(shè)計方法 . 這些知識對于汽車主 動控制技術(shù)的發(fā)展 , 甚至對于整個工程領(lǐng)域控制理論的發(fā)展 和應(yīng)用 , 都具有十分重要的意義.在國內(nèi) , 也有不少人對魯棒控制進行了專題研究 . 清華 大學的黃興惠等、西南交通

5、大學的戴煥云等、上海交通 大學的張志誼在其博士論文中 , 均以不同的方法對魯棒 控制進行了詳細的研究.上邊是理論發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，而對于理論到實踐的現(xiàn)狀，現(xiàn)如今先進的技術(shù)還是國外掌握著。主動懸掛包括：空氣式可調(diào)懸掛 液壓式可調(diào)懸掛 電磁式可調(diào)懸掛 電子液力式可調(diào)懸掛（CDC）?？諝馐娇烧{(diào)懸掛應(yīng)用的經(jīng)典車型如奔馳S350、奧迪Q7、保時捷卡宴等；液壓式可調(diào)懸掛應(yīng)用的車型雪鐵龍C5、C6等，但引進國產(chǎn)后就沒有主動懸掛；電磁式可調(diào)懸掛 應(yīng)用車型如 奧迪TT、凱迪拉克SLS、凱迪拉克CTS。23而國內(nèi)一些中高端轎車上主動懸掛用的是CDC技術(shù)，也就是連續(xù)減震控制，說白了就是一套減震系統(tǒng)，屬于主動懸掛的一

6、種。他的工作原理是通過電控對減振器的阻尼實現(xiàn)實時、連續(xù)可調(diào)?？諝鈶覓鞂Ρ菴DC最大的不同在于可調(diào)節(jié)離地間隙，在減震、穩(wěn)定性等方面和CDC的效果相差無幾，但配備空氣懸掛的車動則上百萬。應(yīng)用的車型如奇瑞的瑞麒G6，合資企業(yè)別克的新君越等?？偟膩碚f，國內(nèi)的油氣懸架技術(shù)在產(chǎn)品上的應(yīng)用種類還比較少，主要集中在少數(shù)工程特種車輛上，如徐重系列全地面起重機，礦用自卸車及軍事特種車輛等。45產(chǎn)品性能如可靠性、可操作性、行駛平順性等和國外同類型產(chǎn)品相比，還存在較大的差距；而且采用半主動、主動控制的產(chǎn)品較少。6早在世紀年代中后期，我國已有學者開展 半主動懸掛系統(tǒng)研究。至世紀末、世紀初，我 國科研院所，如西南交通大學

7、、清華大學、中國鐵道科 學研究院（以下簡稱鐵科院）、青島四方車輛研究所等 單位的鐵路科研工作者，從半主動懸掛原理到半主動 懸掛控制策略乃至半主動懸掛系統(tǒng)樣機研制方面，都 取得了一定的成績。在研發(fā)樣機方面比較有代表性的 有：西南交通大學王月明教授研發(fā)的磁流變式半主動 懸掛系統(tǒng)，針對樣機進行了室內(nèi)性能試驗；清華大學博 士后丁問司博士研發(fā)的機車半主動懸掛系統(tǒng)，進行了 相關(guān)的室內(nèi)性能試驗；鐵科院的姚建偉研究員研發(fā)的 半主動懸掛樣機，在鐵科院環(huán)行試驗線上進行了裝車?！昂椭C號”動車組的 、 、上裝用了日本 工業(yè)株 式會社提供的基于天棚阻尼控制原理的半主動懸掛系統(tǒng)。782、 油氣懸掛的概述油氣懸掛選用惰性氣

8、體作為彈性介質(zhì)，具有優(yōu)越的非線性彈性特性和良好的減震性能，能夠最大限度地滿足工程車輛的平順性要求。與其它類型的懸掛相比，油氣懸掛具有非線性剛度、結(jié)構(gòu)緊湊、可調(diào)車姿等顯著優(yōu)點。在軍用、越野車輛及工程車輛與工程機械中具有廣泛應(yīng)用。1） 非線性剛度特性。油氣懸掛具有非線性變剛度、漸增性特點。當車輛在平坦路面上行駛時，懸掛行程較小，彈性介質(zhì)承受的瞬間壓力所產(chǎn)生的剛度也就小，能夠滿足平順性的要求；當車輛在起伏路面行駛時，彈性呈非線性變化且幅值增加，可以吸收較多的沖擊能量，發(fā)揮出氣體質(zhì)量儲能比大的特點，起到有效緩沖作用，避免了避免了地面激勵直接傳到車身以及“懸掛擊穿”的現(xiàn)象出現(xiàn)。對于載荷變化較大的車輛，油

9、氣懸掛非線性剛度特性能夠克服車輛固有頻率大范圍變化使行車性能變差的缺點。2） 非線性阻尼特性。安裝阻尼閥后，與普通液壓減震器相同，油氣彈簧的阻尼系數(shù)也具有了非線性特點，懸掛阻尼力和阻尼比均隨著車架和車橋相對速度的變化而變化。3） 車姿調(diào)控?？烧{(diào)式油氣懸掛可以使車體升降，前后俯仰和左右傾斜。但需要加一套車姿調(diào)整系統(tǒng)，主要通過對懸掛缸的補油或排油實現(xiàn)上述功能的。4) 懸掛閉鎖功能。將油氣懸掛中的動力缸和蓄能器分置，并在連接它們的高壓管路上加裝阻止閥即可實現(xiàn)懸掛閉鎖功能。5） 結(jié)構(gòu)緊湊。加裝阻尼閥后，油氣懸掛不再需要單獨的減震器，尤其針對單缸式有氣彈簧，結(jié)構(gòu)更加簡短，通常把氣室設(shè)計在活塞桿內(nèi)。6）

10、不足之處，由于工作壓力較高，需選用性能良好的組合密封，同時還需配備專用充氣裝置，對加工精度要求高，增加了生產(chǎn)成本。3、 基本思路1） 根據(jù)選定的車型確定減震器的結(jié)構(gòu)類型和主要參數(shù)（現(xiàn)選定的是單氣室活塞分隔式被動懸掛,如下圖所示）。2） 對減震器氣體彈簧剛度進行計算分析（計算得出影響彈簧剛度特性的參數(shù)包括蓄能器初始充氣壓力、蓄能器初始充氣體積、懸掛負載M、活塞直徑D）。3） 對減震器阻尼特性進行計算分析（計算得出影響懸掛阻尼特性的參數(shù)包括活塞移動速度V、活塞直徑D、阻尼閥直徑d）。4） 基于AmeSim對油氣模型進行建模。利用液壓仿真軟件AMESim對車輛的1/4油氣懸掛進行建模仿真分析及參數(shù)優(yōu)

11、化。（該模型忽略椅子和人，其余包括車輪質(zhì)量、1/4車體質(zhì)量、缸筒內(nèi)經(jīng)、活塞桿直徑、蓄能器初始體積、阻尼閥孔直徑、車輪剛度和阻尼）。5） 建立好仿真模型后，通過改變油氣懸掛的各個參數(shù)，運行模擬仿真模型，可得到各參數(shù)對油氣懸掛性能的影響。9101112131415研究的重點難點1、學習和熟練AMESim軟件，重點掌握液壓、氣動模塊。2、使用AMESim軟件建立1/4懸掛模型并作性能分析。研究的具體內(nèi)容1) 選定的是BJZ3900車型50噸自卸礦用車，具體參數(shù)如下表格所示:車輪質(zhì)量kg 500車體質(zhì)量空載和滿載/kg 6500、27000缸筒內(nèi)經(jīng)mm 260活塞桿直徑 mm 220空載時油氣懸掛的氣

12、體壓力MPa、容積 1.81 3.771 x滿載時油氣懸掛的氣體壓力MPa、容積7.2 9.48x阻尼孔直徑mm車輪剛度（）車輪阻尼（）2)礦用自卸車分空載和滿載兩種工況，根據(jù)軸荷分配比分別計算出空載和滿載時的軸荷，確定研究的1/4車模型的質(zhì)量。3)根據(jù)輪胎型號，確定它的剛性系數(shù)和阻尼系數(shù)。4) 根據(jù)減震器已知參數(shù)建立1/4車輛模型，這模型由車輪、油氣懸掛、1/4車質(zhì)量等組成。通過AmeSim 軟件模擬1/4模型，把車輪看成是彈簧、阻尼、質(zhì)量組成的模塊，油氣懸掛看成可變?nèi)莘e活塞缸和阻尼閥及蓄能器組成，作用在懸掛上的是1/4車體質(zhì)量。5）改變油氣懸掛各個參數(shù)，運行模擬仿真，得出車身豎直位移的圖像

13、曲線圖，最后提出優(yōu)化懸掛參數(shù)的方案。畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃 起訖日期 工 作 內(nèi) 容 2016年2月29日3月29日 查閱背景資料、學習軟件、翻譯資料、撰寫開題報告，參加 答辯； 3月30日4月30日 學習軟件、對1/4懸掛數(shù)學模型進行分析，得出主要性能參 數(shù)；寫出書面總結(jié)； 5月1日5月30日 使用AMESim軟件建立1/4懸掛模型，分析各參數(shù)對懸掛性能 的影響，提出改進依據(jù)，寫出書面總結(jié)； 6月1日6月10日 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，參加畢業(yè)答辯。參考文獻：1張玉春 , 王良曦.汽車主動懸掛控制的研究現(xiàn)狀和未來挑戰(zhàn)【D】.北京：裝甲兵工程學院.2012.2名車志DaiL.3中國汽車消費網(wǎng)4甄

14、龍信 張文明 王國彪 .國內(nèi)外油氣懸掛的研究方法、現(xiàn)狀與研究【J】.礦山機械，2004（08）5東北工業(yè)集團蓬翔油氣懸掛礦用車填補國內(nèi)空白http:/www.ccm-6王欣，蔡福海，高順德.車輛油氣懸架技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢【J】.建筑機械，2007.7劉宏友，曾京，李莉.國內(nèi)外半主動懸掛系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用綜述【J】國外鐵道車輛，2012（49）.8劉宏友，李莉，張康行，武立國阻尼連續(xù)可調(diào)式半主動懸掛系統(tǒng)研制總結(jié)報告 青島：青島四方車輛研究所有限公司，2011.9孔 燕，姚樹新 .基于AMESim的液壓礦車懸掛系統(tǒng)研究【J】.流體傳動與控制,2014(65).10封士彩.起重機油氣懸掛建模試驗和仿真.【J】機床與液壓.11晁智強.基于 AMESim 的油氣懸掛性能影響因素分析【J】.機械與液壓，2012（20）12 何存興，張鐵華. 液壓傳動與氣壓傳動M. 湖北：華中科 技大學出版社，2000.13關(guān)晉凱，郭劍鋒，翟海濤.基于AMESim的油氣懸掛缸仿真分析【J】.流體傳動與控制，2013（02）14Yang Jue, Huang Xiaxu.”Research on Test and Simulation of Hydro-pneumatic Suspension”. 15K. Deprez, K. Maertens, “H. Ramon.Comf