双筒液压减振器物理建模及设计研究

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1、—————————————————————双筒液压减振器物理建模及设计研究—————————————————————StudyonthePhysicalModelingandDesignofHydraulicAutomotiveTwin-tubeShockAbsorbers作者姓名：纪云峰专业名称：车辆工程指导教师：郭孔辉教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月3日摘要双筒液压减振器物理建模及设计研究随着汽车产业的快速发展，消费者对汽车性能的要求也日益提升。减振器作为阻尼元件，是汽车悬架最重要的组成部分之一，其主要功能是加速衰减汽车振动的能量，对于车辆的行驶平顺性和操纵稳定性有着重要的影

2、响。对于传统减振器的研发而言，设计者通常需要反复的进行样件制造以及试验调校，以获得期望的减振器特性，这样不仅效率低而且成本高。因此通过计算机仿真软件建立减振器模型，模拟减振器的特性，对于提高减振器的研发效率与深入研究减振器的性能有着重要的意义。在众多减振器模型中，参数化的物理模型能够反映出结构参数与减振器特性间的关系，并具有可进行整车实时仿真的优势，这对于减振器的设计研发及整车性能的匹配具有重要的意义。近些年来，国内外学者在减振器物理建模方面进行了大量的研究。虽然，这些模型在一定程度上反映了内部结构与减振器特性之间的关系，但只是部分的对阀片变形、油液可压缩性以及温度变化进行了研究，没有统一地把

3、它们考虑到建模中，分析其对减振器特性的影响。然而这些因素却是决定减振器非线性特性重要的原因，对于减振器建模有着重要的影响。另一方面，目前关于减振器建模方面的研究，大多是基于定频率特性的试验验证，与减振器实际的随机激励工况相差较大，这就降低了仿真结果在减振器特性与整车匹配研究工作中的参考价值。针对以上存在的问题，本文基于双筒液压减振器进行了减振器物理建模方法的研究，在建模中考虑了阀片大挠度变形、油液可压缩性以及温度变化的影响，并在车辆模型仿真中进行了验证与设计研究。本文主要从以下三个方面展开了工作：第一部分，建立考虑阀片大挠度变形、油液可压缩性及温度变化的减振器物理模型，通过试验对各特性的建模进

4、行验证：首先根据双筒液压减振器的结构特点，基于流体力学理论建立了减振器各阻尼阀模型。采用摄动法对阀片的弹性力学方程进行求解，解决了阀片大挠度变形的问题，计算出预压阀开阀后流量与压I吉林大学硕士学位论文强间的关系。通过调节阀系结构参数，研究了这些参数对减振器外特性的影响规律；其次推导了减振器各腔室中温度、压强与气体间的关系，建立了油液可压缩模型。示功试验结果显示，通过考虑阀片大挠度变形，所建立的模型能够很好地计算减振器开阀特性，并说明油液可压缩性是减振器产生滞回现象的主要原因；最后根据双筒液压减振器的结构，推导了减振器的传热模型以及油液粘温模型，依据热力学第一定律，建立了热力学模型。温度试验结果

5、显示，所建立的减振器物理模型能够有效地反映温度随工作时间的变化情况，很好的体现了阻尼力随温度升高而衰减的趋势。第二部分，进行了减振器物理模型在车辆模型仿真中的验证：首先介绍了减振器硬件在环试验，说明其对减振器模型在车辆模型仿真验证中的有效性；然后建立了不同等级下的随机路面模型与1/4车辆动力学模型；最后通过硬件在环试验对不同工况下物理模型在车辆模型仿真中的精度进行了验证，试验对比结果显示在减振器物理建模中考虑油液可压缩性以及温度变化具有必要性。第三部分，进行了减振器物理模型在车辆平顺性设计中的应用，分析了油液可压缩性和温度变化对车辆平顺性的影响：首先根据平顺性的评价指标建立优化目标函数及约束条

6、件；然后采用多目标遗传算法，优化出目标车辆的期望减振器特性曲线及对应阀系结构参数；最后通过与期望减振器特性进行对比仿真，研究了油液可压缩性及温度变化对车辆平顺性的影响。关键词：双筒液压减振器，物理模型，大挠度，热力学模型，油液压缩性，优化设计IIABSTRACTStudyonthePhysicalModelingandDesignofHydraulicAutomotiveTwin-tubeShockAbsorbersWiththerapiddevelopmentofautomobileindustry,consumershavemorestrictdemandforautomobileperf

7、ormance.Asakindoforiginaldamping,shockabsorberisoneofthemostimportantpartsofautomobilesuspendedframe,itsmainfunctionistoacceleratetheattenuationofvibrationenergy,playingadecisiveroleinthevehiclerideco