基于AMESim的油气悬挂缸仿真分析

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油气悬挂缸是由油液传递压力，以惰性气体为弹性介质的车辆悬架系统的关键部件。由于它具有刚度 、阻尼非线性等优点而被广泛地应用于矿用自卸车 、高级轿车、大型翻斗车以及各种战车等车辆上。

本文是基于在研的110 t自卸车的悬架系统 ，该系统为独立式被动悬架系统 ，悬挂缸为油气混合式悬挂缸。利用AMESim软件建立该油气悬挂缸模型，并对其进行仿真研究。

l 油气悬挂缸原理油气悬挂缸主要部件有两个，-个是与车身相连的缸筒 ，-个是与车桥相连的杆筒，结构原理如图 1所示。

图1 油气悬挂缸结构原理图油气悬挂缸的工作过程是，当车行驶时，路面的c腔气腔受压缩，储存能量，同时B腔油液通过阻尼收稿 日期：2012 10.22作者简介：关晋凯(1985-)，男，工程师，硕士。主要研究方向为重型机械液压系统设计研究起伏引起活塞杆在缸筒内上下运动。活塞杆缩进时，孔和单向孔进入环形腔A腔；活塞杆伸出时，气腔膨胀 ，释放能量，同时A腔的油液通过阻尼孔进入B腔。在缩进和伸出过程中，A腔增加(减少)的油液体积和B腔减少(增加)的油液体积理论相等。气腔在油气悬挂缸中起到弹性元件的作用，单向孔和阻尼孔的作用是产生-定的阻尼作用，消耗-定的能量，起到-个双向减振器的作用。

2 仿真模型的建立油气悬挂缸模型是基于在研 1 10 t自卸车的前油气悬挂缸建立的。模型建立的-些主要基本参数如表 1所示。

表1 油气悬挂缸基本参数变量 参数油气混合腔(无杆腔)直径活塞杆直径初始载荷单向球阀当量直径单向球阀最大开度模型的建立共涉及到AMESim仿真软件中的六个系统拈库 ，分别为signal，control”、mechani-cal” 、hydraulic” 、hydraulic component design ” 、pneumatic”、pneumatic component design”，模型如图2所示。

3 仿真研究3.1油气悬挂缸的输出特性影响因素分析图3为路面激励信号幅值为50 rnlTl，频率分别为1 Hz、2 Hz、3 Hz时油气悬挂缸的输出特性。

m m n mm ～～-～2013年3月 关晋凯，等：]AMESim的油气悬挂缸仿真分析 第 27页### ### eI1-气腔；2-无杆腔；3-阻尼孔 ；4-单向阀5-有杆腔；6-轮胎；7-激励信号图2 油气悬挂缸仿真模型5 mm、 4 mm、 3 mm时油气悬挂缸的输出特性。

由图4分析可知，压缩行程中，悬挂缸的位移输出特性和速度输出特性随着阻尼孔的变化没有很大4 变化，这说明在压缩过程中随着单向阀的打开，阻尼作用非常校在回复过程中，随着阻尼孔的减小，阻尼作用增大，位移-力输出特性曲线的包络面积增大，速度-力输出特性曲线左端点下拉。

图5为路面激励信号恒定，气腔初始压力分别为4 MPa、5 MPa、6 MPa时油气悬挂缸的输出特性。

由图3中不同频率输出特性曲线比较分析可知，不同激励频率下压缩行程(正速度行程)中输出力变化不大，是因为压缩过程中，单向阀打开，油液流动阻尼力小 ，压缩行程是影响输出力的主要因素。在回复过程中，随着频率的增加，位移-力输出特性曲线的包络面积增大，速度-力输出特性曲线左端点下拉，是因为回复过程中单向阀关闭，油液阻尼作用明显，随着频率的增加 ，悬挂缸的激励速度增大，阻尼作用增大。

罚辑3.53.O2.5粪2.o羽 1.51.oO.5o.o- O.5激励位移/m激励速度/(m/s)图3 不同激励频率时的输出特性图4为路 面激励信号恒定 ，阻尼孔径分别为习簿舌激励位移/m弓j辑西集激励速度/(m/s)图4 不同阻尼孔时的输出特性激励位移，m激励速度/(m/s)图5 气腔初始压力分别为4 MPa、5 MPa、6 MPa由图5分析可知初始压力越低，在正位移处的输第28页 浠体秸动与控副 2013年第2期出力越大。是因为当初始压力越低时，加载平衡后气腔的体积越小(载荷相同)，当激励位移恒定时，气腔的弹性力输出越大，即悬挂缸的刚度系数越大。

图6为路面激励信号恒定，气腔初始高度分别为70 rnlTl、90 mm、110 mm时油气悬挂缸的输出特性。

由图6可知，初始体积对悬挂缸的输出特性影响类似于初始压力。是因为当初始高度越小时，加载平衡后气腔的体积越小(载荷相同)，悬挂缸的刚度系数越大。

433萎 2垂- 3.0委磊曩O.O6激励位移/m70 mm-0.5 . 、- 0.8-0.6.0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8激励速度/(m/s)图6 气腔初始高度分别为70ITln、90mnl、110mm4 油气悬挂缸的刚度特性和阻尼特性分析悬挂缸的性能是影响整车行驶性能的关键 ，悬挂缸的性能主要撒于悬挂缸的刚度特性和阻尼特性，刚度特性是指悬挂缸输出的弹性力和激励位移的关系。阻尼特性是指悬挂缸输出的阻尼力和激励速度的关系。但是独立式油气悬挂系统中并不存在独立的弹性力和阻尼力，油气悬挂缸是-个既具有刚度特性又具有阻尼特性的复杂非线性系统。但为了便于分析油气悬挂缸的特性，本文中通过分析气腔的弹性力和激励位移的关系来分析油气悬挂缸的刚度特性，通过分析液腔阻尼孔两侧的压差与激励速度的关系来分析油气悬挂缸的阻尼特性。

图7为激励信号、阻尼孑L和气腔初始条件恒定时模型求得的油气悬挂缸的刚度特性曲线和阻尼特性曲线。由图7分析可知，油气悬挂缸的刚度特性和阻尼特性为非线性。在负位移时刚度系数较小，所以压缩和回复过程中，系统的输出特性随着激励位移的变化较小，正位移时刚度系数较大，如图3和图4所示。

在速度为正时，即压缩行程时，阻尼系数几乎为零，所以压缩过程中输出力主要表现为弹性力。在零位即平衡位置时，刚度系数较小，这样可使车辆在平坦路面行驶时平顺性很好。当行驶在起伏路面上时，激励行程增大，油气悬挂缸的刚度陡增，可以很好地吸收冲击振动能量，避免产生刚性撞击。在回复过程中，阻尼系数随速度的增加陡增，可以很好地消耗冲击能量，起到很好的减振效果。

通过对图7的分析可知，气腔初始压力和体积是影响油气悬挂缸刚度特性的主要因素。影响油气悬挂缸阻尼特性的因素有激励信号速度、阻尼孑L直径和单向阀直径等。

∞皇霸激励速度/(m/s)图7 刚度特性和阻尼特性5 结 语通过仿真分析验证了油气悬挂缸刚度特性和阻尼特性的非线性特点，分析研究了影响悬挂缸输出特性的因素，激励速度和阻尼孔径是影响阻尼特性的主要因素，气腔初始压力和体积是影响刚度特性的主要因素▲-步分析了悬挂缸在压缩和回复过程中，刚度系数和阻尼系数的变化特点，在正位移时，刚度系数陡增，在负速度时，阻尼系数陡增。通过本文的仿真研究，可以为整车的性能分析提供分析数据 ，同时也为悬挂缸参数的设计与选择提供很好的参考。