基于AMESim某車型減振器仿真方法研究

劉德柱，趙唐雷，劉艷華，王海

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基于AMESim某車型減振器仿真方法研究

劉德柱，趙唐雷，劉艷華，王海

（華晨汽車工程研究院底盤集成處，遼寧 沈陽 110141）

AMESim減振器建模是基于零部件級的液壓系統建模，考慮到疊加閥片的非線性彈性特征，采用有限元仿真分析計算閥片剛度曲線，再將曲線導入AMESim模型中進行系統仿真。仿真結果表明，減振器速度特性曲線和示功圖與試驗數據吻合良好，符合工程實際要求。基于AMESim某車型雙筒減振器建模仿真并與客觀試驗對比，從而驗證仿真模型的正確性，并且大大縮短了整車性能調校周期?；贏MESim模型研究該減振器的氣體反彈力，活塞縫隙和常通節流孔等幾個關鍵設計參數對減振器阻尼特性的影響，并得出幾個重要結論。仿真模型可用于指導減振器的關鍵參數的設計與性能預測。

AMESim；減振器；建模仿真；試驗對比

1 引言

AMESim軟件首個版本是由法國伊夢境公司在1995年推出的，基于鍵合圖理論，它可以創建并運行多物理場耦合仿真模型，同時可以設計簡單的控制系統。2007年被比利時LMS公司全資收購。AMESim軟件平臺包含工程應用所需的所有核心設計和仿真產品，尤其在液壓、控制領域的系統建模仿真具有天然的優勢。

本文為了支持整車性能調校，縮短調校周期，因此利用計算機建模仿真，即基于AMESim搭建雙筒減振器模型，并與臺架試驗對比驗證仿真模型的正確性，支持主觀整車性能評價。

2 減振器結構組成與原理簡介

減振器在整車零部件中占據重要地位，其性能的好壞直接影響整車的平順性、操縱穩定性以及安全性。

2.1 減振器內部結構

減振器分為外筒和減振器內筒，兩筒之間為儲油缸，儲油缸上面為密度比較低的惰性氣體氮氣，下部分為油液，如圖1所示。

圖1 減振器內部結構示意圖

減振器工作缸內有活塞桿，活塞桿的下端連接活塞，活塞上部為流通閥片，下部與復原閥固定?；钊戏植贾?個常通孔和6個節流孔，其上述內容均為減振器在復原行程中其作用，具體結構如圖2所示。

圖2 活塞及閥系結構

減震內筒下端與底閥連接，底閥對減振器下腔起到密封作用，并且起到連接減振器下腔與儲油缸的橋梁作用。底閥上端是補償閥，主要起儲油缸到減振器下腔補償油液的作用，下端是壓縮閥，不明思議，底閥在減振器壓縮過程中起到至關重要的作用，圖3為底閥及閥系結構示意圖。

圖3 底閥及閥系結構

2.2 減振器工作原理

減振器工作過程可分為復原和壓縮兩個行程：（1）復原行程：活塞桿相對工作缸移開，減振器被拉伸。此時減振器上腔油壓升高，流通閥和壓縮閥關閉。上腔油液流經活塞孔、復原閥常通孔流入下腔，當頻率較高時，復原閥片打開卸荷，即初次開閥，當頻率更高時，復原閥片變形達到最大值，即二次開閥。由于減振器上腔存在活塞桿占去一部分體積，所以從上腔流到下腔的油液不能夠充滿下腔，下腔會形成一部分真空狀態，這時儲油缸中的油液在充氣壓力的作用下，就會推開補償閥流入減振器下腔。此時，這些閥的節流作用就產生了減振器的復原行程阻尼力。

（2）壓縮行程：減振器被壓縮，活塞桿向下移動，減振器下腔的容積會減小，導致油壓變高，下腔的部分油液就會通過流通閥片流入減振器上腔。同樣由于上腔存在活塞桿，因此，還有一部分油液經底閥孔、壓縮閥常通孔流回儲液缸，當頻率較高時，壓縮閥片打開卸荷，即壓縮閥的初次開閥，當頻率更高時，壓縮閥片變形達到最大，即壓縮閥二次開閥。這些閥的節流作用便產生了減振器的壓縮阻尼力。此外，工作缸與活塞之間的縫隙、摩擦力、氣體反彈力等因素也會產生阻尼力。由于減振器閥片上的阻尼孔一般都非常小，所以油液在減振器中的流動狀態非常復雜，一般將小孔、縫隙處看作是紊流，其他位置處的流動看作是層流。

3 基于AMESim建模與仿真分析

減振器的結構與工作原理，根據其液壓系統總圖和一系列的建模假設，建立了減振器的物理模型如圖4所示，為后面的減振器AMESim模型的建立提供了理論依據。

圖4 減振器物理模型

3.1 閥片剛度有限元分析

圖5 壓縮閥有限元模型

本文中所采用的減振器閥片在變形時會產生非線性效應，并且閥片預緊力也會對閥片的非線性開閉剛度產生重要影響，單純采用自由狀態的閥片不能很好的模擬其剛度特性，因此在AbaquS軟件中建立了壓縮閥和復原閥的有限元模型，并考慮了不同厚度閥片間的接觸效應，還考慮了前期預緊力的影響，由于閥片間存在油膜，分析時未考慮摩擦效應。具體復原閥與壓縮閥有限元模型及剛度曲線如圖5至圖8所示。

圖6 壓縮閥剛度曲線

壓縮閥建模如圖5所示，壓縮閥建模中考慮了壓緊時閥片自身變形產生的預緊效應，也考慮了閥片與其周邊部件的接觸關系。

圖7 復原閥有限元模型

圖8 復原閥剛度曲線

復原閥建模如圖7所示復原閥建模時考慮了彈簧的預緊作用，并且考慮了閥片與閥系其他部件的接觸關系。閥片剛度仿真結果如圖6、圖8所示，通過結果發現復原閥剛度大于壓縮閥的剛度，這與實際中的狀態一致。

3.2 雙筒減振器AMESim建模

將有限元剛度曲線設置在復原閥和壓縮閥模型中，在AMESim軟件中搭建雙筒減振器液壓模型，如圖9所示。在AMESim軟件中建立液壓減振器模型的流程和步驟如下：

（1）在草圖模式下根據減振器的原理圖搭建草圖模型；

（2）在子模型模式下為每個減振器元件選取合適的數學模型；

（3）在參數模式下設定子模型的各參數；

（4）最后在仿真模式下設定仿真參數并運行仿真，得到液壓減振器的響應。

針對AMESim雙筒減振器模型，每一個子模塊選取也不同，也代表著模擬元件不同。詳見表1，例如正弦輸入信號的子模型選取為SINO；一般減振器上腔、下腔以及一些孔隙、間隙均選擇BRP系列的子模型；復原閥與壓縮閥選取的子模型BAP24/MAS005/SPR003A；油性屬性選取FP子模型，氣體屬性選取PNRG子模型；流通閥與補償閥選取CV000子模型。

圖9 AMESim減振器模型

表1 AMESim模擬說明與子模型選取

表2 AMESim模型主要參數

基于AMESim搭建模型完成后，在參數模式下設置子模型參數，具體參數設置詳見表2。

3.3 仿真結果與試驗對比

激勵函數的設置與減振器臺架試驗完全一致，均采用不同速度下低頻和高頻振動情況，減振器基于AMESim仿真結果與與臺架試驗對比，具體地激勵函數參數表詳見表3。

表3 激勵函數參數表

在上述激勵下，并且結合表2中參數設計對AMESim模型進行仿真分析，如圖10所示，仿真結果與減振器臺架試驗對比。

4 主要結論

通過利用AMESim軟件建立雙筒減振器仿真模型，通過與試驗臺對比，并結合主觀評價，支持整車性能主觀調校，得到如下幾點結論：

（1）通過在不同速度、頻率下，與減振器試驗臺對比，驗證仿真模型正確性。

（2）通過有限元仿真計算，賦予復原閥與壓縮閥閥片剛度，進行模擬仿真分析，可知復原閥（壓縮閥）閥片上常通孔大小直接影響閥片的開閥速度，常通孔越小，油液作用面積越小，開閥速度越慢，如果常通孔過大，兩側無壓力差，閥門作用消失。

（3）充氣壓力過大容易引起減振器的壓縮行程減小，阻尼力變大。主觀評價時底盤偏硬，影響舒適性。

（4）閥系預緊力應該適中，不宜過大。預緊力過大，減振器所能提供的最大阻尼力和開閥速度都增大，反之減小。

綜上所述，通過調整雙筒減振器的不同參數，可以達到主觀評價以及試驗臺的標準，并且能夠設計出滿足不同性能要求的閥片組合形式。

[1] 徐中明,張玉峰,李仕生,等.簡式液壓減振器AMESim建模與仿真[J].重慶理工大學學報,2010(3):1-6.

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[3] 李世民,呂振華.汽車簡式液阻減振器技術的發展[J].汽車實用技術2001(8):10-16.

[4] 周長城.汽車減振器設計與特性仿真[M].北京:機械工業出版社, 2012.

[5] 馬天飛,崔澤飛,張敏敏.基于AMESim雙筒疊加閥片式充氣減振器建模與仿真[J].機械工程學報,2013(6):第49卷.

Research on simulation method of shock absorber based on AMESim

Liu Dezhu, Zhao Tanglei, Liu Yanhua, Wang Hai

( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

The AMESim shock absorber model is based on the hydraulic system model at the component level. Considering the non-linear elastic characteristics of the superimposed disc, combined with the finite element simulation analysis, and then the curve is imported into the AMESim model for system simulation. The simulation results show that the velocity characteristic curve and indicator diagram of the shock absorber are in good agreement with the test data and meet the engineering requirements. Based on AMESim, a double-barrel shock absorber is modeled and simulated and compared with the objective test, which verifies the correctness of the simulation model and greatly shortens the vehicle performance tuning cycle. Based on AMESim model, the effects of several key design parameters, such as gas rebound force, piston gap and throttle hole, on the damping characteristics of the shock absorber are studied, and several important conclusions are drawn. The simulation model can be used to guide the design and performance prediction of the key parameters of the shock absorber.

AMESim;Shock absorber;Modeling and Simulation;Experimental comparison

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.044

U463

A

1671-7988(2019)10-127-04

U463

A

1671-7988(2019)10-127-04

劉德柱，碩士研究生，就職于華晨汽車工程研究院，主要研究領域為底盤設計及仿真分析。