油气悬架车辆振动非线性特性分析与仿真研究
油气悬架数学建模及仿真研究

关键词 : 油气悬 架 ; 非线性 数学模型 ; 仿真分析的研究
中 图分 类 号 :B 4 T 2 文 献 标 识 码 : B
M a h m a ia o ei g a d S m u a i n t e tc lM d l n i l to n
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第2卷 3 第 期 4
文章编号 :0 6—94 ( 0 6 0 10 3 8 2 0 )4—0 4 4 2 1—0
计 算 机 仿 真
26 月 0 年4 0
油气 架 数 学 建 模 及 仿 真 研 究 悬
梁贺明, 陈思 忠 , 游世 明
( 北京理工大学机械 与车辆 工程学院车身实验室 , 北京 10 8 ) 00 1
摘要 : 立了双气室油气隔离式油气悬架复杂 的非线性 数学模 型。 建 数学 模 型中引入 了微分 的概念 , 考虑 了液压油 的可压 缩
性、 液压 软管的膨胀和长度 以及液压油在管道流动 过程 中由于截面积突变 、 管道长度等引起的两种压力损失 , 使数学模 型更
ABS TRACT:Th s p p rb i s a c mp ia e o ln a t e tc lmo e o y r — p e ma i u p n i n i a e u l o l td n n i e rmah mai a d lf rh d o d c n u t s s e so c wh c a w s l t d g sc a e s T e c n e t n o i e e t s i to u e n o t e ma h ma i a d 1 ih h st o io a e a h mb r . h o c p i fd f r n i i n r d c d i t h t e tc mo e . o l a l An h d ltk s t e c n e s b l y o u d,t e b le a d l n t f h s n o a c u t T e t i d f d t e mo e a e h o d n a ii ff i t l h u g n e gh o o e i t c o n . h wo k n s o
非线性油气悬架振动系统研究

Re e r h o i r to y t m f n nln a y o p u a i u pe so s a c f v b a i n s se o o i e r h dr - ne m tc s s n i n
W ANG n, ZH A NG i ig, DONG imi , XU E Li Xi Ta— n p Hu— n n
建冠 机械 20.5( 080 上半月刊)
7 1
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专题研究
SPECI AL RESEARCH
活塞杆 相对 于缸 筒 作 往 复 运 动 ,被 压 缩 的惰 性 气 体作 为悬 架 系统 的 弹性 元 件 ,吸 收传 来 的振 动和
刚度 载荷为
[ 摘要 ] 分析 了半 桥油 气悬架 系统 的非 线性 刚度 特性 和非 线 性 阻尼特 性 ,建立 了半桥 油 气悬 架 系 统 的
二 自由度非线性振动数学模型。通过 MA L T AB对二 自由度非线性振动数学模 型进行了仿真计算 ,结果显 示了油气悬架 良好的刚度和阻尼特性。分析了油气悬架系统设计中的关键因素及其对系统动态特性 的影响
虽 然油 气 悬 架 的 结 构 形 式 各 异 ,但 工 作 原 理
基本相 同。在车重 的作用下 ,油气悬架 中的惰性 气体都处于压缩状态 。车辆在不平路面的激励下,
[ 收稿 日期]2 0 0 7—1 ~0 0 9 [ 通讯地址]王欣 ,大连理工大学机械工程学院
中2 、4所示 。蓄能 器 外 置 并 安 装 在 车 身 上 ,用 液 压 管路 与悬 架 油 缸 相 连 。油 气 悬 架 系统 布 置 于 车
1 .活 塞杆 2 .单 向 阀 3 蓄 能 器 .
4 .阻尼孑 5 缸 筒 L .
多轴连通式油气悬架特种重型车辆规则路面行驶振动特性分析

多轴连通式油气悬架特种重型车辆规则路面行驶振动特性分析张生 杨波 万芳 左霞北京航天发射技术研究所 100076【摘要】 本文对多轴连通式油气悬架特种车辆在规则路面上行驶时的振动特性进行了计算分析,以转向节试验测试数据叠加路面形状为激励,采用多体动力学软件LMS b Motion和液压软件AMESim软件联合建模、仿真分析,完成了多轴连通油气悬架特种车辆的整车振动分析课题,为整车的进一步动力学分析、疲劳分析和优化设计起到了重要的推进作用。
【关键词】 连通油气悬架,多轴重型车,振动分析Vibration Analysis of Connected Hydro-pneumatic SuspensionHeavy Vehicle on Normal RoadZhangsheng Yangbo ZuoxiaBeijing Institute of Launch Technology 100076Abstract: A vibration study of a multi-axle heavy vehicle with connected hydro-pneumatic suspension on regular road is presented in this paper. Based on multi-body system dynamics principle, the full-vehicle model is built up based on LMS b Motion and AMESim softwares, and the activation of the model is the road test data combined road shape, the simulation is performed and the consequent result is analyzed. The simulation is the basic work of whole vehicle’s dynamic analysis, fatigue life and optimization, and the study can promote the application of dynamic analysis on the vehicle.Key words: Connected Hydro-pneumatic Suspension,Multi-axle Heavy Vehicle, Vibration analysis 1.前言1.1车辆简介HTF系列多轴特种车是用于航天的运载车辆,采用油气悬架为减振系统,将油气弹簧的液压介质用管路连通以提高整车的平顺性和越野性能。
汽车悬架非线性振动特性分析的开题报告

汽车悬架非线性振动特性分析的开题报告一、选题背景随着汽车行业的快速发展,车辆悬架系统的设计和优化越来越受到关注。
悬架系统是车辆重要的组成部分,不仅仅是为了提高乘坐舒适度,更是为了保证车辆的稳定性和安全性。
然而,悬架系统的非线性特性会导致车辆的振动不稳定和行驶不舒适等问题,因此对其进行研究是十分必要的。
二、研究内容本文采用有限元方法对汽车悬架系统进行建模,并考虑非线性特性,包括体积变化效应、摩擦阻尼效应和弹簧刚度的非线性特性等。
应用频域有限元法和时域有限元法对汽车悬架系统进行求解,并分析其振动特性。
三、研究意义通过对汽车悬架系统的非线性振动特性进行分析,可以为悬架系统的设计和优化提供参考和指导,提高车辆的行驶舒适度和稳定性。
同时,研究结果对改善交通安全和减少事故的发生也具有重要的现实意义。
四、研究方法1.建立基于有限元的汽车悬架系统模型;2.考虑非线性因素,制定非线性模型;3.应用频域有限元法和时域有限元法,分析悬架系统的振动特性;4.分析结果并提出改进建议。
五、论文框架第一章:绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容和方法第二章:汽车悬架系统模型的建立2.1 悬架系统的结构2.2 悬架系统模型的建立2.3 非线性因素考虑第三章:频域有限元法求解3.1 频域有限元法原理3.2 汽车悬架系统的频域有限元分析3.3 结果分析和展示第四章:时域有限元法求解4.1 时域有限元法原理4.2 汽车悬架系统的时域有限元分析4.3 结果分析和展示第五章:研究结论和展望5.1 结论总结5.2 存在问题和改进建议5.3 研究展望六、预期成果1. 建立基于有限元的汽车悬架系统模型;2. 考虑体积变化效应、摩擦阻尼效应和弹簧刚度的非线性特性,提高汽车悬架系统分析的准确性;3. 应用频域和时域有限元法对汽车悬架系统进行振动分析;4. 得出分析结果并给出改进建议。
非线性悬架系统建模与仿真研究

( 1)
式中 : F s 为弹簧回复力 ; k 为弹簧刚度 ; x 为弹簧位 移; ε 为 一 表 示 弹 簧 非 线 性 程 度 的 小 参 数, ε =0 时, 该弹簧为线性 。 其力 - 位移关系曲线如图 1 所示 。
选取车身加速度 、 车轮动 位 移 、 悬架动扰度 3 2, y2 = x3 - z0 , 个性能指标作为输出变量 , 即 y1 = x
图1 变刚度弹簧力 - 位移曲线
1 0
图 2 为悬架系统的力学模型 。
[ -c c ] k z ( t) { Y} = [ ]。 0
c -c
; { F} =
[ εk ( z - z ) ] ;
- εk ( z 2 - z 1 )
3 2 1 3
做坐标变换 , 得
式中 : { u} =
( )
u1 u2
{ Z } = ΦN { u } 为系统的正则坐标矢量 。
高要求 。 传 统 的 线 性 被 动 悬 架 虽 然 结 构 简 单 , 但 其结构参数 无 法 随 外 界 条 件 变 化 , 因而极大地限 制了悬架性能的提高 。 主动悬架通过采用激励器 取代被动悬 架 的 弹 性 和 阻 尼 元 件 , 组成一个闭环 控制系统 , 根据汽车的运动状态和当前激励大小 使其始终处于最佳工作状态 。 主动做出反应 , 本文通过 对 线 性 被 动 悬 架 模 型 、 非线性被动 悬架模型和 非 线 性 主 动 悬 架 模 型 的 建 摸 与 仿 真 , 分析其动态特性 , 并比较其对行驶平顺性的影响 。
所述 , 汽车中存在许多非线性因素 , 这里只考虑悬 架弹簧的非线性刚度特性 。 变刚度弹簧的回复力 - 位移关系可表示为[1] F s = k · x + ε · kx
车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制

车辆悬挂系统的非线性特性分析与控制车辆悬挂系统是车辆运动学和动力学性能的重要组成部分。
传统的线性控制方法针对车辆悬挂系统往往难以满足实际的控制需求,因为悬挂系统具有显著的非线性特性。
因此,本文将对车辆悬挂系统的非线性特性进行分析,并提出相应的控制方法。
一、非线性特性的表现形式车辆悬挂系统的非线性特性主要表现在以下几个方面:1. 阻尼特性的非线性:车辆悬挂系统的阻尼特性随着行程变化呈非线性变化。
在小行程范围内,阻尼力随位移的增加呈线性变化;但在大位移范围内,阻尼力的增加速度减缓,呈非线性变化。
2. 弹簧刚度的非线性:车辆悬挂系统的弹簧刚度也随行程的变化而变化。
在小行程范围内,弹簧刚度随位移的增加基本保持不变;但在大行程范围内,弹簧刚度随位移的增加逐渐减小,呈非线性变化。
3. 悬挂系统的干摩擦力:车辆悬挂系统中存在着干摩擦力,其大小与悬挂行程的方向变化有关。
干摩擦力会导致悬挂系统的非对称性和非线性特性,进而影响车辆的稳定性和悬挂系统的控制效果。
二、非线性特性的影响车辆悬挂系统的非线性特性对车辆的运动稳定性和乘坐舒适性都具有重要影响。
1. 运动稳定性:非线性特性可能引起悬挂系统在行驶过程中出现跳动、抖动等现象,进而影响车辆的稳定性和行驶安全性。
2. 乘坐舒适性:非线性特性使得悬挂系统难以在不同行程范围内提供恰当的减震效果,从而影响乘坐的舒适性和悬挂系统的振动控制效果。
三、非线性特性的控制方法针对车辆悬挂系统的非线性特性,可以采用以下几种控制方法:1. 非线性控制器设计:基于非线性特性的具体表现形式,设计适应于车辆悬挂系统的非线性控制器。
可以采用神经网络、滑模控制等方法来提高悬挂系统的控制性能。
2. 自适应控制:通过在线辨识悬挂系统的非线性特性参数,并实时调整控制策略,使得控制器具有较强的适应性和鲁棒性。
3. 模糊控制:利用模糊逻辑来处理悬挂系统中存在的不确定性,设计模糊控制器来实现对非线性特性的控制。
车辆悬挂系统的非线性动力学分析与控制

车辆悬挂系统的非线性动力学分析与控制悬挂系统是车辆中非常重要的组成部分之一,它对车辆的操控性、舒适性以及安全性影响巨大。
在车辆行驶过程中,由于道路不平整、车速的变化等因素,悬挂系统会出现非线性动态特性,而这对悬挂系统的设计和控制提出了一定的挑战。
本文将详细探讨车辆悬挂系统的非线性动力学分析与控制。
1. 悬挂系统的非线性特性车辆悬挂系统的非线性特性源于多个方面。
首先,悬挂系统中的弹簧和减振器在不同的工况下具有非线性刚度和阻尼特性。
其次,悬挂系统在行驶过程中受到不同频率和幅度的激励,导致系统发生共振和非线性摆动。
此外,车辆转向和制动等操作也会给悬挂系统带来非线性扰动。
因此,在进行悬挂系统的动力学分析和控制时,需要考虑这些非线性特性的影响。
2. 悬挂系统的非线性动力学分析为了对悬挂系统的非线性动力学特性进行分析,可以采用数学建模的方法。
一种常用的方法是使用多体动力学理论,将车辆和悬挂系统建模成多个刚体和弹簧减振器组成的复杂系统。
通过建立系统的动力学方程,并考虑非线性刚度和阻尼等因素,可以得到描述悬挂系统响应的运动方程。
此外,还可以借助仿真软件进行数值模拟,以更直观地观察悬挂系统在不同工况下的动态行为。
3. 悬挂系统的非线性控制策略在悬挂系统的控制中,非线性特性的考虑对于提高车辆的操控性和舒适性至关重要。
一种常用的非线性控制策略是基于状态反馈的控制方法。
该方法通过测量车辆和悬挂系统的状态变量,并将其作为反馈信号,实时调整悬挂系统的刚度和阻尼参数,以实现对车辆行驶过程的控制。
此外,还可以采用模糊控制、遗传算法等方法,对悬挂系统的控制进行优化,以达到更好的动态性能。
4. 悬挂系统的实验验证与优化为了验证理论分析和控制策略的有效性,实验测试在悬挂系统研究中是十分重要的。
通过在实际车辆上安装传感器和控制装置,可以获取真实的悬挂系统响应数据,并进行实时控制和参数优化。
实验结果可以用于验证理论模型的准确性,并进一步提出改进控制策略的思路。
农用运输车油气悬架振动特性仿真研究

压力减 小 时 , 气 室 内的高压惰 性气 体则 推动 浮
动 内活塞 向上运 动 , 内油室 的液压 油经 过 阻尼孔 和
伸张 阀流入 外油 室 。
(
) 2 s i g n ㈤
( 7 )
将式( 7 ) 代人式 ( 1 ) 得:
阻尼 孔 琏缩 阀 外 油 室
式中: P 。为静 平 衡 气 室 压 力 ; V o为 静 平 衡 气 室 容 积; p , 为动 态气 室压 力 ; V为 动态 气 室 容 积 ; n为气 体多变 指数 , 由于油气 弹簧 振动过 程近 似为绝 热过
程, 考 虑到 实际情 况 , 取 = 1 . 7 。 忽 略浮动活 塞 的
外 活 塞
一
AI Z
) 2 s i g n ㈤
分 析式 ( 7 ) 、 ( 8 ) 可知 , 油气悬架负载力 F 与
图 2 油 气悬 架油 缸 结 构 简 图
主活塞 的面 积 、 油液密度 、 阻尼 孔 的过 流 面积 等 因
油气 悬架 的阻尼 主要 包 括油 液 流 经 阻尼 孔 的
素有关 , 与其 运动 速 度 的平 方 成 正 比, 呈 明显 的非
线性 , 阻尼孔 的过 流面积对 阻尼力影 响最 大。
液 体阻 尼 、 外 活塞 与缸筒 壁相 对滑 动产 生的摩 擦阻
尼 。摩擦 阻 尼相对 很小 , 在油 气悬架 工作 中不 起主
相应 地 , 车身 、 悬 架 的垂 直 振 动加 速 度 与 悬架 油 缸 的运 动速 度 的平 方 也 成正 比 , 换言之 , 悬 架 油
质量 , 有: P 2=P 3 ( 6 )
压力增 大 。高压 惰性 气 体 通 过液 压油 的传 递 变 为
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越 来 越高 , 汽 车整 车 振 动特 性 的研 究 也 越来 越 受 到
重视 。 因此 , 有 必要 对主要 影 响车辆 平 顺性 、 舒 适 性 的悬架 系统 进行 深入 研究 。
本文 以汽 车 油 气 悬 架 车 辆 车 身 振 动 为 研 究 对 象, 分 析油 气悬 架 的非 线 性 特 性对 车 身振 动 特 性 的
, 一
图 2 油气悬 架油缸 结构 简图
路 面垂 直位 移 ; 一 油气 悬 架负 载 力 ; m。 一 车 身
当油气 弹簧 处 于 受 压状 态 时 , 外 活 塞及 其 组 件
收 稿 日期 : 2 0 1 4—1 1 —2 8
作者简介 : 丁继斌 ( 1 9 6 6 一 ) , 男, 南京工业职业技术学 院教授 , 研究方 向: 车辆振动技术 、 汽车检测技术 。
2
南 京 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报
第l 5 卷第 1 期
向上 运 动 , 外油 室 容 积减 小 , 液压 油 处 于 受 压 状 态 ,
液压 油通 过阻 尼孔 和压 缩 阀 流人 内油 室 , 内油 室 的
正 比, 因此 , 振 动 是 非 线性 的 。所 以 , 油 气 悬架 整 车
Vo 1 .1 5, No. 1 Mi l l " ., 201 5
油气 悬 架 车 辆 振 动 非 线性 特 性 分 析 与 仿 真 研 究
丁 继 斌
( 南京工 业职 业技 术学 院
摘
机械 工 程 学院 , 江 苏 南京
2 1 0 0 2 3 )
要: 建立 了二 自由度汽车油 气悬架 系统模 型, 分析 了油 气悬架和 车 身模 型 的非线性 特性 。运用 A ME s i m仿 真软
『 ml 建 l =k 1 ( 2 一 1 )+ …
压 缩 阀 内油室 浮动 内活塞
外 油室 伸 长 阀 气 室 输 油 孔
外活 塞
【 m2 露 2 =k 2 ( 3 一 2 )+ k l ( 1 一 2 ) 一
式中: 。 一车身垂 直位移 ; 一车轮垂 直位 移 ;
析 , 但 目前 大 多 只 限 于 对 油 气 悬 架 本 身 的 研 究 。 由于悬架 的性 能对 操 纵 稳定 性 、 乘 坐舒 适 性
有直 接影 响 , 由于 目前对 车辆平 顺性 、 舒 适 性要 求 的
气 室 内充 满一 定 量 的惰 性气 体 , 内 油 室 和外 油室 充
= p。 s-
志
+ 一 1 p s - ( S 一 , x ~ 4 I s 喀 n ( )
( 4 )
压 力减小 时 , 气 室 内 的高 压惰 性 气 体 则 推 动 浮
动 内活 塞 向上 运 动 , 内油室 的液 压 油经 过 阻尼 孔 和
=
t n:1
∑f m C O S ( m w t )
振 动为非 线性 振动 。
容 积增 大 , 浮动 内活 塞 向下 移 动 , 气 室 的容 积 减 小 、 压力 增大 。高压 惰性气 体通 过液 压油 的传 递 变为 作 用 在外 活塞上 的下移 力 , 该 力与外 界 载荷 相 等 时 , 活
塞停 止运 动 。
当地 面传 递 的振 动 为周 期 信 号时 , 可将 油气 悬架 振 动的负 载力 展 开为频 率为 ∞的周期 振 动 :
件, 通过模型对不 同的激振频率的时域和频谱响应分析 , 验证 了油气悬架非线性振 动模 型的正确性 。结果表明振动 状 态不稳 定是 由于 系统产生了接近激振频 率分数或整数倍 的频率分量 , 这 些频 率分量使得 系统 产生 了亚谐波或 超谐 波
共振 。
关键词 : 油气悬架 ; 振动 ; 非线性 ; 车 身; A ME s i m; 仿真
影响 , 对油 气悬 架 系统 车辆 的车 身 的 幅频 特 性 进 行
研究 , 运用 A ME s i m仿真 软件 , 验 证 不 同频 率输 入 下 油 气悬 架车 身 的振动 的非线 性特 性 。
1 油 气 悬 架 系统 模 型
图 1 二 自 由度 油 气 悬 架 振 动 模 型
根 据车 辆振 动 情 况 做 简化 模 型 : 只考 虑 垂 直 方
向的振 动 , 将 汽 车简 化 为 二 自由度 油 气 Fra bibliotek 架 振 动 模
阻 尼 阀
型( 图1 ) 。车身质 量 由弹 簧和 蓄 能器 控 制 的液压 油
缸支撑 , 根据 牛顿定 律, 其 相 应 的 运 动 微 分 方 程为I S ] :
中 图分 类 号 : U 4 6 3 . 3 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 1— 4 6 4 4 ( 2 0 1 5 ) 0 1 — 0 0 0 1 — 0 4
作 为车 辆悬 架 的发 展方 向之 一 , 油 气 悬 架 车 辆 使用 越来 越广 泛 , 国 内外 学者 对其进 行 了深入 研究 ,
建立 了油 气悬 架 的数 学模 型 , 运用计 算 机 仿真 、 虚 拟 样机 等手 段 对 油 气 悬 架 的各 种 特 性 进 行 了深 入 分
质量 ; m 一 轮胎 等 效 质 量 ; k l 一悬架等效 刚度 ; k 2 一
轮 胎等 效刚 度 。 采 用 目前普遍 采 用 的单 气 室油气 弹 簧作 为 车用 油 气悬 架 , 如 图 2所 示 。外 活 塞 以在 缸 .-及其 | _ L 组 件 可 . - | _ L . 体 内往 复运 动 , 浮 动 内活塞 可在 活塞 杆 内往 复运 动 。
第1 5卷 第 1 期
2 0 1 5年 3月
南 京 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报
J o u r n a l o f N a n j i n g I n s t i t u t e o f I n d u s t r y T e c h n o l o g y