七桥登高车混连油气悬架系统特性研究

发布时间：2020-08-07 16:06

【摘要】：耦连式油气悬架系统以其优良的减振、抗侧倾、均载和自动调平等性能越来越多的被应用在大型车辆上。多桥耦连油气悬架在提供优异性能的同时也带来了结构复杂、刚度阻尼耦合且非一致性等问题。论文以校企合作项目为依托,以DGS90七桥登高平台消防车的平顺性与稳定性协调为目标,提出了油气悬架系统的混合耦连方案,围绕该混连油气悬架系统进行了动力学建模、动态特性分析以及性能优化等研究,并利用样机试验结果对模型和优化方法进行验证,为多桥油气悬架系统的设计和研究提供了理论和试验基础。针对七桥登高车不同耦连形式的油气悬架系统,建立了各耦连系统的垂向、侧倾、俯仰和扭转四种基本振动形式的刚度特性数学模型,并应用AMESim仿真分析上述各振动形式的油气悬架示功图。研究发现,耦连形式不改变油气悬架的垂向刚度特性,但会对其侧倾、俯仰和扭转刚度特性产生较大影响。在此基础上,针对七桥登高车质心位置高、侧翻阈值低等特点,提出了前三桥和后四桥分别同侧并连+对侧交连的油气悬架混连方案,并计算分析其承载能力和静刚度特性。基于油气悬架结构和工作原理,建立了包含对实际气体状态变化、油液压缩性、温度等影响因素描述的非理想特性数学模型,并详细推演了高速激励下无杆腔内的油液气泡化过程和空程畸变现象。依据数学模型,分析了蓄能器充气压力和充气体积、油缸缸径和杆径、阻尼孔直径以及激励信号对油气悬架的刚度和阻尼特性的影响规律,并进行了油气悬架单元动态特性的Simulink仿真分析,仿真结果与台架试验结果基本吻合,证明非线性数学模型具有较高的准确性。七桥登高车结构参数决定了车身横摆运动不可忽视,建立了一个“垂向-侧倾-俯仰-横摆”相耦合的二十自由度非线性动力学模型;并利用魔术公式建立了综合工况下的轮胎力学特性模型,以及利用滤波整形白噪声法构建了随机路面模型。基于各子系统的动力学模型,建立整车的Simulink和AMEsim联合仿真模型,仿真分析脉冲、正弦和随机激励下的混连油气悬架系统的动态特性。根据相关标准,计算质心加权加速度均方根和垂向载荷横向转移率,对车辆的平顺性和稳定性进行分析,并借助联合仿真模型探讨了油气悬架关键参数对平顺性和稳定性的影响。基于整车非线性动力学模型,对混连油气悬架系统的参数匹配进行多目标优化,以提高车辆平顺性和稳定性。鉴于待优化参数实际取值为离散值的特点,首次将擅长离散值优化问题的蚁群算法应用于油气悬架的参数优化,并引入交叉和变异因子改进蚁群算法。同时,还利用AMESim优化工具箱内置遗传算法进行油气悬架参数优化。对比结果显示:两种优化算法输出的最优参数匹配方案,均能有效地提高油气悬架的减振和抗侧倾性能,但改进蚁群算法的优化效果明显好于遗传算法。为检验七桥混连油气悬架系统的承载能力和减振性能,以及对动力学模型和改进蚁群算法优化结果进行验证,参照试验标准,在满载工况下对安装混连油气悬架样机进行凸块输入和随机输入的平顺性试验。试验结果表明:该混连油气悬架系统可满足承载需求;试验结果与仿真结果吻合度较高,验证了所建动力学模型的准确性;改进蚁群算法计算的最优参数匹配方案可显著提高车辆平顺性。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.33
【图文】：

油气悬架,安装形式

悬架结构和工作原理，建立其等效物理模型。基于实际气体流理论和热力学定律等，考虑油液压缩性和气泡变化、空程连油气悬架单元的数学模型。在数学模型的基础上，分析系关键参数对其特性的影响规律，为后文优化参数的选择提供系统的装机性能，考虑到车辆结构参数决定了车身的横摆运述车辆垂向-侧倾-俯仰-横摆耦合作用的非线性动力学模型。气悬架系统组成及工作原理究的油气悬架为筒式独立悬架，安装形式如图 3.1 所示。该行驶单元，即单胎独立油气悬架+集成转向功能+轮边减速机除承载垂向载荷外，同时需承受足够的横向载荷，兼具车轮及所有力的传递。

剖视图,剖视图,悬架,三维模型

第三章七桥登高车混连油气悬架系统动力学研究塞安装在杆体尾部，杆头总成通过螺钉固定安装在外筒上。活塞杆油钢管，两端分别与杆头和杆尾焊接。外筒与中筒之间通过导向环活塞杆通过防尘圈和密封圈配合，中筒与内筒间无接触，中筒的转弯产生的冲击传递到外缸筒上。内筒与活塞杆不承受径向载荷。

油气悬架,激励信号,空程,气泡

因此 0Fa 为判断气泡稳定性的临界条件。可得12892cr veP Pm KT ，在crP P时，气泡内主要内主要成分是溶解的气发量渐增，气泡内开始出现油液饱和蒸汽且占比空程畸变现象，除了液体本身的一些本质因素，另大，基于激励输入状态分析空程畸变过程。构建的 t1、t2、t3、t4 为气泡状态变化的四个时间节点，。

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