基于键合图理论的主动油气悬架仿真研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第2期(总第183期)机械工程与自动化No．22014年04月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：1672—6413(2014)02—0010—03基于键合图理论的主动油气悬架仿真研究洪展鹏，王丛岭(电子科技大学机械电子工程学院，四川成都611731)摘要：基于2自由度1／4主动油气悬架的振动模型，建立了其对应的键合图模型。根据键合图模型详细推导了具有非线性特性的油气悬架状态方程，充分体现了键合图理论在分析不同能量域耦合系统中的优越性。利用MATLA

2、B强大的计算能力，对状态方程进行仿真，对比了主动油气悬架与被动悬架的特性，结果表明主动控制的油气悬架有效减少了车身加速度，提高了行驶平顺性。关键词：键合图；非线性；主动油气悬架；仿真中图分类号：TP391．7：U463．32文献标识码：A0引言力效果，气室内(氮气)压力与体积分别为户和，液车辆悬架直接影响着汽车行驶平顺性和操纵稳定压缸经由节流阻尼(通过流量Q)连接储能器。性。主动悬架一般都涉及到多个能量域(液压、电磁流变液等)，用传统的建模与分析方法(如微分方程法)会十分复杂繁琐，也不利于整车模型的分析。键合图理论的发展[1]，为

3、整车动力学分析提供了有效的手段，也利于不同汽车子模块的耦合分析，现今不少用于整车仿真的软件也是基于键合图的原理实现的。本文将使用键合图语言构建1／4主动油气悬架(AHP)的模型，推导其状态方程，并利用MATLAB仿真分析悬架的相关性能。I1／4主动油气悬架(AHP)典型的1／4主动油气悬架振动模型如图l所示，由电磁阀驱动控制，油液作为介质压缩气室中的惰性气体，实现刚度特性，采用管路中的小孔节流实现阻尼图l1／4主动油气悬架振动模型特性。2油气悬架的键合图模型图1的振动模型主要考察的是在垂直方向上的运在不影响模型正确性的前提下，对油

4、气悬架作如动特性(减振效果)。在垂直方向上的3个位移量，下假设和规定：所有管路都是刚性的，且系统没有泄漏；储能器(气室)中的油液压力与气体压力处处相等，，分别表示路面不平的输入、非簧载质量的运动和簧载质量的运动；轮胎模型在垂直方向简化为弹簧在动态条件下没有热交换∞；伺服阀动态特性并入控k，及非簧载质量m；车架等悬挂在悬架上的质量统制系统作为控制的一部分；规定能量的方向为满足压一为簧载质量m，；控制器采集车身的加速度a产生控缩为正。2．1键合图模型制电流i控制电磁阀的动作，使之产生通往液压缸(液压缸内压力P)的油液流量Q；电磁阀的具

5、体控制根据前述的振动模型和假设规定，建立含有信号是将高压泵产生的高压()油液压入液压缸(此时键的主动油气悬架混合键合图模型，如图2所示。在>0)或者使液压缸的油液回流油箱(油箱内压力P图2中，根据标准化的规定，阻性元件、容性元件以及即为外界大气压，此时i<0)；储能器的作用是产生弹惯性元件分别用R，C，J这些符号表示。转换器TF收稿日期；2013-09-09；修回日期；2013-10—25作者简介：洪展鹏(1989一)，男，江苏南通人，在读硕士研究生，主要研究方向：机械设计及理论。学兔兔www.xuetutu.com2014年第2

6、期洪展鹏．等：基于键舍图理论的主动油气悬架仿真研究通过液压缸的活塞(面积A)将机械能中的力与速度定的热度比值，和V是气体的瞬时压力和体积，分别转换为液压能量中的压力与流量。图2的键合图与V。是初始时刻的压力和体积)，可以得到非线性容模型在每个键合图元的旁边均标出了键合图元与图1性元件C。的关系式：对应的物理振动模型参量之间的对应关系。s—Po·)机械能域液压能域根据因果关系和功率流方向依次列出，，。，香及的流方程和势方程如下：I2一Sn—f一Sf—f1136+71I4一P4一+S—6一P2+S5一(11+l2)8一8一P7+S9一

7、(11+Pl2)十S．(4)，g’9{I香l4一fl一厂l3+s5一^6===fl3+s5一_厂】7【。一，l。一图2主动油气悬架混合键合图将输入源【，及式(1)、(2)和(3)代入式(4)最终得表1给出了在键合图中计算所用的符号与传统物到微分方程与代数方程混合形式的非线性油气悬架系理变量符号之间的对应关系，以便后续方程的使用与统的状态方程如下：计算。··4g一r一表l键合图符号与传统物理符号的关系键合图广义变量机械平动液压变量p~一q2一g--elI--A势变量力F压力P流变量_，速度流量Q8一e11+Aql4--m~gu14广

8、义动量P动量P匿如量Pp广义位移q位移z体积v一Q+Acr丛14一鲁)一_L1Fcq．(川．(5)对于储能器的特性，由于不是线性的，所以不需要q~一1rq,4一)]确定其容度参数，但是作为容性元件在键合图中表示[4]。一arcl＼J(P4_Ps~7