基于AMEsim的汽車減振器DOE分析

侯立鵬，田國紅，秦玉英，燕東旺

基于AMEsim的汽車減振器DOE分析

侯立鵬，田國紅，秦玉英，燕東旺

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

減振器的結(jié)構(gòu)形式影響著減振器的特性，而且車輛的乘坐舒適性受到減振器的外部特性直接影響。因此優(yōu)化減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)對提高汽車平順性就十分必要，文章就基于AMEsim汽車減振器模型利用AMEsim中DOE分析模塊，對模型中多個結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行DOE分析，得出參數(shù)對阻尼力影響程度PARETO圖。通過分析得出對減振器阻尼影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為以后的減振器優(yōu)化分析奠定基礎(chǔ)。

汽車減振器；AMEsim；DOE分析；優(yōu)化分析

前言

當(dāng)汽車行駛在道路上時，路面的激勵會使得乘客和駕駛員因受到車身姿態(tài)改變而引起不舒服的感覺。將車輪連接到汽車車身的懸架系統(tǒng)將車輪獲得的能量傳遞給汽車車身，同時減少車身振動，增強(qiáng)平順性和舒適性。作為最重要的汽車組件之一，懸架系統(tǒng)起到對不平整路面所引起的沖擊進(jìn)行抑制和減緩。減振器通過自身阻尼特性消耗來自地面的能量。為了使車輛具備較好的性能，減振器應(yīng)根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和調(diào)整[1]。

減振器的結(jié)構(gòu)形式影響著減振器的特性，而且車輛的乘坐舒適性受到減振器的外部特性直接影響，因此優(yōu)化減振器結(jié)構(gòu)參數(shù)對提高汽車平順性就十分必要。

1 AMWsim減振器建模

減振器作為一種液壓形式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以可以使用AMEsim中的HCD，即液壓元件設(shè)計庫進(jìn)行建模，活塞作為減振器主要的阻尼力來源元件，經(jīng)減振器分為上下腔（復(fù)原，壓縮腔）。HCD庫中帶有桿和不帶桿的油缸模型可以模擬上下腔（復(fù)原，壓縮腔），但還需要利用可變體積模塊模擬缸內(nèi)因活塞運(yùn)動導(dǎo)致的體積變化，減振器中的泄露和摩擦利用HCD庫中的泄露和摩擦模塊。高速調(diào)節(jié)閥因其有著較大的剛度，且閥片剛度具有可變性，閥片的開閥速度會隨著受到得壓力不同而產(chǎn)生變化。因此利用 HCD 庫中的錐形座球形閥模塊來模擬高速調(diào)節(jié)閥，并利用機(jī)械庫中的彈簧模塊選擇可變彈簧子模塊，將其來模擬閥片的可變剛度[2]。

根據(jù)上述減振器子模塊的模型建立，在AMEsim草圖界面放入油液添、氣體以及管路等元件模型，將各個元件模型進(jìn)行原理連接，最后建成減振器整體模型見圖1所示。

圖1 減振器AMESim模型

2 子模型選取

在 AMESim 平臺中每一個元件模型都會對應(yīng)著對個不同類別的子模塊，每個模塊針對不同情況進(jìn)行應(yīng)用。根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及參數(shù)的要求對子模塊進(jìn)行選擇。減振器子模型的選擇如表1所示，沒有列出的子模型表示選擇系統(tǒng)默認(rèn)子模型。

表1 部分子模型選擇表

序號模型元件子模型 1工作缸上腔BRP17 3工作缸下腔BRP18 4容性元件BHC11 5復(fù)原閥組件BAP24/MAS005/SPR003A 6復(fù)原閥常通孔BH0011 7活塞孔BH0013 8流通閥RV000 9底閥孔BH0013 10壓縮閥常通孔BH0011 11壓縮閥組件BAP24/MAS005/SPR003A 12補(bǔ)償閥RV000 13儲油缸BAP11 14油液屬性FP04

各子模型參數(shù)設(shè)置如下：

AMEsim在草圖模式下建立好模型，可以進(jìn)入到參數(shù)模式下，對個元件模型進(jìn)行設(shè)置參數(shù)，減振器主要得參數(shù)為工作缸和儲油缸內(nèi)外徑、閥片剛度曲線和最大升程、活塞和活塞桿直徑、活塞常通孔個數(shù)及尺寸等[3]。如表2所示。

表2 部分子模型參數(shù)

元件名稱參數(shù)值 工作缸直徑/mm30 活塞孔直徑/mm2 活塞直徑/mm20 活塞桿直徑/mm20 復(fù)原閥常通孔直徑/mm0.5 壓縮閥常通孔直徑/mm0.6 復(fù)原閥的最大升程/mm0.4 壓縮閥的最大升程/N0.4 復(fù)原閥預(yù)緊力/N125 壓縮閥預(yù)緊力/N50 預(yù)充氣體壓力/MPa0.4 油液運(yùn)動粘度/Pa.s20.76 油液體積模量/MPa17 000 油液密度/(kg/m3)845

3 仿真分析

參照減振器試驗標(biāo)準(zhǔn)對所研減振器進(jìn)行示功機(jī)，設(shè)置試驗與仿真激勵為正弦波激勵，行程為50 mm，輸入速度與頻率見表3所示。

表3 激振參數(shù)表

行程/mm速度/（m/s）頻率/Hz 1000.980.32 1000.1970.65 1000.2960.93 1000.3951.26 1000.5891.95

采用批處理方法，運(yùn)行得到減振器多工況下示功圖如圖2所示，使用MTS示功機(jī)試驗得到的減振器示功圖如圖3所示。仿真與試驗得到的曲線結(jié)果進(jìn)行對比，曲線基本吻合，驗證了 AMEsim 減振器液壓模型的正確性。

圖2 仿真示功圖

圖3 試驗示功圖

4 基于AMEsim的減振器模型DOE分析

（1）打開模型，在參數(shù)模式下設(shè)置輸入輸出參數(shù)：F1、F2為復(fù)原閥，壓縮閥預(yù)緊力；D1，D2為復(fù)原閥，壓縮閥常通孔直徑；MIDU、NIANDU為油液密度和粘度；C為活塞間隙；FU為活塞孔直徑。YA為底閥孔直徑[4]，如圖4所示。

圖4 輸入輸出參數(shù)設(shè)置

（2）進(jìn)行研究設(shè)置如圖5所示，DOE技術(shù)選擇全因子（Full Factorial），設(shè)置輸入?yún)?shù)范圍如圖6所示。

圖5 DOE研究設(shè)置

圖6 輸入?yún)?shù)范圍

（3）啟動運(yùn)行仿真，在時間歷程中可以對過程進(jìn)行實時監(jiān)測可以看出運(yùn)行是否正確，當(dāng)發(fā)生報錯時，立即停止，查看運(yùn)行日志解決錯誤。運(yùn)行結(jié)束后，選擇PARETO，如圖7所示。

圖7 PARETO圖

從圖中可以分析出，對減振器阻尼力的影響較大有F1、F2、C、D1、D2。

5 結(jié)論

由以上仿真結(jié)果和分析可知，對減振器阻尼特性影響較大的為F1、F2、C、D1、D2。之后可以針對提取出來的參數(shù)進(jìn)行減振器的優(yōu)化設(shè)計。

[1] Dongpu Cao, Xubin Song, Mehdi Ahmadian. Editors'perspectives: road vehicle suspension design[J].dynamics,and control,2011,49(1- 2):3-28.

[2] 褚金麗.某車型減振器特性分析及其對汽車平順性影響的研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2018.

[3] 田雪.基于能量耗散理論的減振器性能評價方法研究[D].錦州:遼寧工業(yè)大學(xué),2017.

[4] 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(jī)械工程學(xué)報,2013,49(12):123-130.

DOE Analysis of Automotive Shock Absorber from AMESim

HOU Lipeng, TIAN Guohong, QIN Yuying, YAN Dongwang

( School of Automobile and Traffic Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121000 )

The structure of the shock absorber affects the characteristics of the shock absorber, and the ride comfort of the vehicle is directly affected by the external characteristics of the shock absorber.Therefore, it is very necessary to optimize the structural parameters of the shock absorber to improve the ride comfort of the car. Based on the AMESim model of the car shock absorber, this paper uses the DOE analysis module in AMESim to conduct DOE analysis on multiple structural parameters in the model, and obtains the Pareto diagram of the influence degree of parameters on the damping force.Through the analysis, the structural parameters which have great influence on the damping of the shock absorber are obtained, which lays a foundation for the optimization analysis of the shock absorber in the future.

Automobile shock absorber;AMEsim;DOE analysis;Optimization analysis

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.036

U467

B

1671-7988(2021)21-139-03

U467

B

1671-7988(2021)21-139-03

侯立鵬（1995—），男，碩士研究生，就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，研究方向：汽車系統(tǒng)動力學(xué)。

遼寧省教育廳項目（JJL201915411）：主動懸架控制策略及整車建模與性能。