基于Bouc-Wen模型和流体模型的减振器仿真及其整车实验仿真

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汽车减振器是车辆悬架系统中的重要阻尼元件,它对于车辆的安全性能和舒适性能有着非常重要的影响。目前被广泛采用的一般都是双筒式液压充气式减振器,由于减振器中主要工作介质油液的特性非常复杂,不仅有其作为流体的基本流体动力学特性和油液的压缩特性还包含了受温度影响的粘温特性,并且减振器中各个阀系的参数设计也是较为复杂很难以精确的,对减振器结构建模和性能分析一直都是汽车界的一个研究热点和难点。对减振阻尼力大小与整车性能关系也是另一个讨论的焦点,减振器阻尼值的大小,等效阻尼系数既我们一般所说的减振器“硬和软”的特点该如何取值,不同开阀条件和阻尼力对整车性能的影响到底有多大,减振器与悬架匹配方法一直都被广泛的关注着。随着仿真运算工具的不断发展特别是以Matlab、Carsim和Adams为代表,这类软件具有非常强大的数学计算能力和对开发者很友善的操作界面。在汽车开发和整车实验的过程中,越来越多的使用仿真软件来建立汽车部件的参数化模型来进行前期开发和设计,通过仿真软件分析不仅可以很直观地描述部件的参数取值对其性能的影响而且能直接通过仿真模块和各个部件一起进行整车仿真去分析改变某个部件的某个设计参数会对整车性能产生什么样的影响,这样便能很好的指导设计和预开发工作。在减振器的建模发展过程中从最初的线性模型发展到后期由Segal等人建立的含有83个参数并对油液粘温特性做近似考虑的减振器模型[1],但是简化模型与实际的减振器外特性有很大的出入而精确模型的计算方法过于复杂化并且对阀系结构的建模过程也是通过实验拟合和经验参数的方法来近似进行的,所以它在工程运用中不具有较好的实用性。工程设计中人们根据减振器设计的主要技术要求既阻尼力的值和各行程中减振器的等效阻尼系数为建模的出发点,忽略油液的压缩特性和粘温特性将整个减振器等效为由常通孔和各个阀片组所组成的流体结构。这样的计算不够精确,但由于它较为简单和参数可控的特点被广泛使用,但是这样简化建模方法还是和实际的减振器实际外特性曲线存在一定误差。本文的研究重点是分析减振器各种外特性的主要产生原因与其对应的阀系结构参数,并且不同的减振器外特性对整车性能的影响讨论。在第二章中阐述了减振器的基本工作原理和其外特性曲线与减振器性能的对应关系。在第三章中引入流量系数的定义,建立减振器的流量模型,考虑减振器阀系中流径的影响因素(流程损失和局部损失)与其参数调整方法并通过仿真进行分析。在第四章中通过建立基于Bouc-Wen模型的减振器特性曲线来表达减振器实际外特性中的滞回特性,由于减振器的滞回特性主要是由油液的压缩特性、粘温特性等因素综合影响的所以通过调整优化的Bouc-Wen模型可以建立起含有迟滞环节的接近与实践减振器模型的外特性曲线图。在第五章中运用之前设计流量模型和Bouc-Wen模型分别在Carsim环境中进行仿真,两种模型建立对照组可以较好的分析1)外特性迟滞环与没有迟滞环对整车性能的影响2)含有迟滞环节条件下相同阻尼系数与不同阻尼力对整车性能的影响3)复原行程压缩行程阻尼力不同取值下对减振器外特性的影响4)对照组减振器含有迟滞环与不含有迟滞环的结果分析。
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