油氣懸掛畢設(shè)開(kāi)題報(bào)告

1、 中 北 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名： 黎廣水學(xué) 號(hào)：1201014144學(xué) 院：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：車(chē)輛工程設(shè)計(jì)(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(jì)開(kāi)題報(bào)告 姓名 院系 專(zhuān)業(yè) 班級(jí) 學(xué)號(hào) 黎廣水機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 車(chē)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀被動(dòng)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(mǎn)足主要性能上犧牲次要性能來(lái)適應(yīng)不同要求，不能同時(shí)獲得較好的乘坐舒適性和操作穩(wěn)定性，特別對(duì)于在野

2、外作業(yè)的車(chē)輛。被動(dòng)懸掛的有限行程及被動(dòng)適應(yīng)地面的能力一定程度上限制了車(chē)輛的通過(guò)性。上世紀(jì)50年代開(kāi)始半主動(dòng)、主動(dòng)懸掛的研究，主動(dòng)懸掛最早由美國(guó)通用汽車(chē)公司Federspiel-Labrose教授在1955年提出，之后世界各大汽車(chē)公司競(jìng)相研發(fā)這種系統(tǒng)，像TOYOTA、VOVOL、BENZ等汽車(chē)大廠均進(jìn)行了較為成功的試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，主動(dòng)懸掛在崎嶇道路上高速行駛時(shí)車(chē)身也非常平穩(wěn)，輪胎噪音也小，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)時(shí)車(chē)身保持水平，乘坐舒服。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓主動(dòng)懸掛的研發(fā)受到重視，1955年法國(guó)Citroen汽車(chē)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(guò)高未能普及。1982年LOTUS（

3、蓮花牌）汽車(chē)公司研發(fā)出有源液壓主動(dòng)懸掛，VOVOL公司對(duì)這種懸掛進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)；1989年TOYOTA在cehca車(chē)上裝置了準(zhǔn)主動(dòng)油氣懸掛系統(tǒng)；1990年，NISSIAN汽車(chē)公司在infinite（英菲尼迪）Q45轎車(chē)上裝備了液壓主動(dòng)懸掛。采用液壓主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的顯著特特點(diǎn)：減震效果明顯，根據(jù)各種道路的變化，主動(dòng)調(diào)整車(chē)身，根據(jù)不同需要升高或降低車(chē)架高度，以增強(qiáng)車(chē)輛的通過(guò)性能和操作性能。1進(jìn)入90年代，電液比例控制技術(shù)發(fā)展及各種主動(dòng)控制算法不斷出現(xiàn)，出現(xiàn)了如預(yù)測(cè)控制方式的液壓主動(dòng)懸掛、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的全液壓主動(dòng)懸掛等等。汽車(chē)主動(dòng)懸掛控制的研究成果很多 主要在：1） 各國(guó)學(xué)者和工程人員在解決主動(dòng)懸掛系統(tǒng)

4、的控制問(wèn)題 , 以及使主動(dòng)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(dòng)懸掛系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到部分高級(jí)轎車(chē)和個(gè)別軍 用原型車(chē)輛上.2) 獲得 大 量 的 主 動(dòng) 懸 掛 控 制 知 識(shí) , 包 括 : 主 動(dòng) 懸 掛 的 LOR/ LQ G 控制 、自適應(yīng)控制 、滑模控制 、智能控制 、魯棒控制 等理論 , 以及這些控制器的設(shè)計(jì)方法 . 這些知識(shí)對(duì)于汽車(chē)主 動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展 , 甚至對(duì)于整個(gè)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(guó)內(nèi) , 也有不少人對(duì)魯棒控制進(jìn)行了專(zhuān)題研究 . 清華 大學(xué)的黃興惠等、西南交通

5、大學(xué)的戴煥云等、上海交通 大學(xué)的張志誼在其博士論文中 , 均以不同的方法對(duì)魯棒 控制進(jìn)行了詳細(xì)的研究.上邊是理論發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，而對(duì)于理論到實(shí)踐的現(xiàn)狀，現(xiàn)如今先進(jìn)的技術(shù)還是國(guó)外掌握著。主動(dòng)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(chē)型如奔馳S350、奧迪Q7、保時(shí)捷卡宴等；液壓式可調(diào)懸掛應(yīng)用的車(chē)型雪鐵龍C5、C6等，但引進(jìn)國(guó)產(chǎn)后就沒(méi)有主動(dòng)懸掛；電磁式可調(diào)懸掛 應(yīng)用車(chē)型如 奧迪TT、凱迪拉克SLS、凱迪拉克CTS。23而國(guó)內(nèi)一些中高端轎車(chē)上主動(dòng)懸掛用的是CDC技術(shù)，也就是連續(xù)減震控制，說(shuō)白了就是一套減震系統(tǒng)，屬于主動(dòng)懸掛的一

6、種。他的工作原理是通過(guò)電控對(duì)減振器的阻尼實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)可調(diào)?？諝鈶覓鞂?duì)比CDC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(wú)幾，但配備空氣懸掛的車(chē)動(dòng)則上百萬(wàn)。應(yīng)用的車(chē)型如奇瑞的瑞麒G6，合資企業(yè)別克的新君越等?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的油氣懸架技術(shù)在產(chǎn)品上的應(yīng)用種類(lèi)還比較少，主要集中在少數(shù)工程特種車(chē)輛上，如徐重系列全地面起重機(jī)，礦用自卸車(chē)及軍事特種車(chē)輛等。45產(chǎn)品性能如可靠性、可操作性、行駛平順性等和國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品相比，還存在較大的差距；而且采用半主動(dòng)、主動(dòng)控制的產(chǎn)品較少。6早在世紀(jì)年代中后期，我國(guó)已有學(xué)者開(kāi)展 半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)研究。至世紀(jì)末、世紀(jì)初，我 國(guó)科研院所，如西南交通大學(xué)

7、、清華大學(xué)、中國(guó)鐵道科 學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鐵科院）、青島四方車(chē)輛研究所等 單位的鐵路科研工作者，從半主動(dòng)懸掛原理到半主動(dòng) 懸掛控制策略乃至半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)樣機(jī)研制方面，都 取得了一定的成績(jī)。在研發(fā)樣機(jī)方面比較有代表性的 有：西南交通大學(xué)王月明教授研發(fā)的磁流變式半主動(dòng) 懸掛系統(tǒng)，針對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了室內(nèi)性能試驗(yàn)；清華大學(xué)博 士后丁問(wèn)司博士研發(fā)的機(jī)車(chē)半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，進(jìn)行了 相關(guān)的室內(nèi)性能試驗(yàn)；鐵科院的姚建偉研究員研發(fā)的 半主動(dòng)懸掛樣機(jī)，在鐵科院環(huán)行試驗(yàn)線上進(jìn)行了裝車(chē)?！昂椭C號(hào)”動(dòng)車(chē)組的 、 、上裝用了日本 工業(yè)株 式會(huì)社提供的基于天棚阻尼控制原理的半主動(dòng)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(mǎn)足工程車(chē)輛的平順性要求。與其它類(lèi)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(chē)姿等顯著優(yōu)點(diǎn)。在軍用、越野車(chē)輛及工程車(chē)輛與工程機(jī)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(diǎn)。當(dāng)車(chē)輛在平坦路面上行駛時(shí)，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(mǎn)足平順性的要求；當(dāng)車(chē)輛在起伏路面行駛時(shí)，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?jī)?chǔ)能比大的特點(diǎn)，起到有效緩沖作用，避免了避免了地面激勵(lì)直接傳到車(chē)身以及“懸掛擊穿”的現(xiàn)象出現(xiàn)。對(duì)于載荷變化較大的車(chē)輛，油

9、氣懸掛非線性剛度特性能夠克服車(chē)輛固有頻率大范圍變化使行車(chē)性能變差的缺點(diǎn)。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(diǎn)，懸掛阻尼力和阻尼比均隨著車(chē)架和車(chē)橋相對(duì)速度的變化而變化。3） 車(chē)姿調(diào)控?？烧{(diào)式油氣懸掛可以使車(chē)體升降，前后俯仰和左右傾斜。但需要加一套車(chē)姿調(diào)整系統(tǒng)，主要通過(guò)對(duì)懸掛缸的補(bǔ)油或排油實(shí)現(xiàn)上述功能的。4) 懸掛閉鎖功能。將油氣懸掛中的動(dòng)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(shí)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(dú)的減震器，尤其針對(duì)單缸式有氣彈簧，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)短，通常把氣室設(shè)計(jì)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(shí)還需配備專(zhuān)用充氣裝置，對(duì)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(chē)型確定減震器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和主要參數(shù)（現(xiàn)選定的是單氣室活塞分隔式被動(dòng)懸掛,如下圖所示）。2） 對(duì)減震器氣體彈簧剛度進(jìn)行計(jì)算分析（計(jì)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(fù)載M、活塞直徑D）。3） 對(duì)減震器阻尼特性進(jìn)行計(jì)算分析（計(jì)算得出影響懸掛阻尼特性的參數(shù)包括活塞移動(dòng)速度V、活塞直徑D、阻尼閥直徑d）。4） 基于AmeSim對(duì)油氣模型進(jìn)行建模。利用液壓仿真軟件AMESim對(duì)車(chē)輛的1/4油氣懸掛進(jìn)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(chē)輪質(zhì)量、1/4車(chē)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(chē)輪剛度和阻尼）。5） 建立好仿真模型后，通過(guò)改變油氣懸掛的各個(gè)參數(shù)，運(yùn)行模擬仿真模型，可得到各參數(shù)對(duì)油氣懸掛性能的影響。9101112131415研究的重點(diǎn)難點(diǎn)1、學(xué)習(xí)和熟練AMESim軟件，重點(diǎn)掌握液壓、氣動(dòng)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(chē)型50噸自卸礦用車(chē)，具體參數(shù)如下表格所示:車(chē)輪質(zhì)量kg 500車(chē)體質(zhì)量空載和滿(mǎn)載/kg 6500、27000缸筒內(nèi)經(jīng)mm 260活塞桿直徑 mm 220空載時(shí)油氣懸掛的氣

12、體壓力MPa、容積 1.81 3.771 x滿(mǎn)載時(shí)油氣懸掛的氣體壓力MPa、容積7.2 9.48x阻尼孔直徑mm車(chē)輪剛度（）車(chē)輪阻尼（）2)礦用自卸車(chē)分空載和滿(mǎn)載兩種工況，根據(jù)軸荷分配比分別計(jì)算出空載和滿(mǎn)載時(shí)的軸荷，確定研究的1/4車(chē)模型的質(zhì)量。3)根據(jù)輪胎型號(hào)，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(chē)輛模型，這模型由車(chē)輪、油氣懸掛、1/4車(chē)質(zhì)量等組成。通過(guò)AmeSim 軟件模擬1/4模型，把車(chē)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(chē)體質(zhì)量。5）改變油氣懸掛各個(gè)參數(shù)，運(yùn)行模擬仿真，得出車(chē)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(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)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(xué)習(xí)軟件、翻譯資料、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，參加 答辯； 3月30日4月30日 學(xué)習(xí)軟件、對(duì)1/4懸掛數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，得出主要性能參 數(shù)；寫(xiě)出書(shū)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(duì)懸掛性能 的影響，提出改進(jìn)依據(jù)，寫(xiě)出書(shū)面總結(jié)； 6月1日6月10日 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，參加畢業(yè)答辯。參考文獻(xiàn)：1張玉春 , 王良曦.汽車(chē)主動(dòng)懸掛控制的研究現(xiàn)狀和未來(lái)挑戰(zhàn)【D】.北京：裝甲兵工程學(xué)院.2012.2名車(chē)志DaiL.3中國(guó)汽車(chē)消費(fèi)網(wǎng)4甄

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