任彥恒，王金寶，張連發(fā)，楊 祜

(66131部隊(duì)，河北保定071000)

某輪式車輛采用螺旋彈簧與筒式液力減振器相結(jié)合的獨(dú)立懸架系統(tǒng)。車輛在戰(zhàn)術(shù)背景下利用野戰(zhàn)道路快速行進(jìn)時(shí)，懸架系統(tǒng)常常無法及時(shí)有效地緩和、衰減沖擊，使上臂總成與車體形成剛性沖擊，影響了車輛行駛操縱性和穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響車內(nèi)乘員的安全。筆者針對這一缺陷，提出了簡單有效的改進(jìn)方案，即增加懸架阻尼，提高車輛平順性。并通過AMESim軟件建立模型，分析仿真結(jié)果，證實(shí)此改進(jìn)方案的可行性。

1 懸架結(jié)構(gòu)

1.1 現(xiàn)有懸架結(jié)構(gòu)

懸架由螺旋彈簧、筒式液力減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等組成［1］，如圖1所示。減振器安裝在螺旋彈簧圈內(nèi)。減振器活塞桿外端頭固定在車體的鉸座內(nèi)，下端連接下臂總成。減振器由防塵罩總成、導(dǎo)向總成、活塞缸、活塞總成、壓縮閥總成和儲(chǔ)液筒組成，如圖2所示。

圖1 懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 雙向作用液力減振器結(jié)構(gòu)

1.2 改進(jìn)懸架結(jié)構(gòu)及原理

懸架的結(jié)構(gòu)改進(jìn)是在螺旋彈簧外加裝一對相互匹配的殼體作為氣罩，以起到氣壓活塞減振阻尼器的作用，如圖1所示。上下氣罩分別固定于上下支座上，可隨上下支座同步相向運(yùn)動(dòng)，兩氣罩間緊密裝配，中間留有規(guī)定縫隙。如兩氣罩相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣罩相當(dāng)氣體活塞，壓縮氣罩內(nèi)氣體，使氣體在縫隙中排出以形成有效阻尼;當(dāng)氣罩相背運(yùn)動(dòng)時(shí)，殼內(nèi)壓力小于殼外，氣體由縫隙吸入氣罩內(nèi)。內(nèi)外氣罩可做成相互匹配的斜面，當(dāng)壓縮時(shí)縫隙逐漸減小，阻尼越來越大;當(dāng)伸張時(shí)縫隙逐漸增大，使外部氣體快速進(jìn)入。還可使進(jìn)氣口處與車輛自帶氣壓系統(tǒng)相連，使進(jìn)氣壓力變大，加大進(jìn)氣量，增加阻尼力。此改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)簡單，易于改裝，便于裝配，對車輛整體結(jié)構(gòu)影響較?。?-4］。

2 建模仿真

筆者采用法國IMAGINE公司的AMESim(Advanced Modeling Enviroment for Simulation of engineering systems)軟件進(jìn)行建模。AMESim為流體動(dòng)力(液壓及氣動(dòng))、機(jī)械、控制等工程系統(tǒng)提供了一個(gè)完善的綜合仿真環(huán)境及靈活的解決方案。

2.1 建立懸架系統(tǒng)模型

根據(jù)車輛懸架工作原理簡化后建立1/6車輛懸架模型，如圖3所示。圖3中:1為1/6車體質(zhì)量模型;2為螺旋彈簧模型;3為車輪質(zhì)量模型;4為輪胎彈性與阻尼作用的簡化模型;5為路面輸入位移信號模型;6為液力減振器簡化模型。

2.2 檢驗(yàn)仿真模型

首先對原懸架系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真以驗(yàn)證所建立模型的正確性。路面輸入信號采用一階梯信號，即車輛在0.1 s時(shí)上到一個(gè)0.2 m的臺(tái)階上，如圖4中曲線1所示，此時(shí)車輪、車體位移分別如圖4中曲線2、3所示。車輪在0.17 s時(shí)達(dá)到位移峰值0.23 m，而后高頻率振蕩;車體在0.43 s時(shí)到達(dá)位移峰值0.5 m，而后振幅平穩(wěn)衰減。車體垂直位移曲線與車輪垂直位移曲線相比，振幅大，頻率小，有效緩和了地面沖擊;且車體垂直位移振幅衰減明顯，阻尼效果顯現(xiàn)［5］。

圖3 原懸架系統(tǒng)仿真模型

圖4 路面垂直信號與車輪、車體垂直位移曲線

圖5為車輪與車體垂直速度曲線。車輪垂直速度最高達(dá)到5.64 m/s，而車體垂直速度最高只達(dá)到2.33 m/s。由于阻尼作用，車體和車輪垂直速度的第2個(gè)波峰分別衰減至0.94 m/s和2.34 m/s，可見:由于懸架系統(tǒng)作用，車體垂直速度衰減迅速，且車體速度垂直振動(dòng)頻率明顯低于車輪。

由車輪與車體垂直位移和垂直速度仿真曲線的對比可知:此模型減小了車體的振動(dòng)頻率，衰減了來自車輪的沖擊，發(fā)揮了懸架系統(tǒng)的緩和、衰減沖擊作用。

圖5 車輪、車體垂直速度曲線

3 改進(jìn)后建模仿真

根據(jù)改進(jìn)后車輛懸架工作原理簡化后，建立改進(jìn)后1/6車輛懸架模型，如圖6所示。即在原車輛懸架系統(tǒng)仿真模型的基礎(chǔ)上，保持模塊數(shù)學(xué)模型和各模型參數(shù)不變，加裝外部氣壓罩仿真模型7(b)。

圖6 改進(jìn)后懸架仿真模型

3.1 分析對比懸架改進(jìn)前后效果

同樣的路面階梯輸入信號，其他參數(shù)保持不變，運(yùn)行仿真，比較改進(jìn)前后的車體位移變化情況，如圖7所示:曲線1為改進(jìn)前車體垂直位移曲線;曲線2為改進(jìn)后車體垂直位移曲線。

圖7 改進(jìn)前后車體垂直位移曲線

曲線2在0.41 s時(shí)達(dá)到峰值0.49 m，而曲線1是在0.43 s時(shí)達(dá)到峰值0.5 m，振幅減小了0.01 m。當(dāng)?shù)竭_(dá)第2個(gè)波峰時(shí)曲線2相較曲線1的衰減效果更趨明顯，振幅減小了0.06 m。曲線2振幅在一個(gè)周期后迅速衰減，當(dāng)?shù)竭_(dá)第5個(gè)波峰時(shí)已基本趨于平穩(wěn)，而曲線1的第5個(gè)峰值(0.24 m)剛好與曲線2的第3個(gè)峰值相差無幾。但曲線2的周期比曲線1有所減少。第1個(gè)波峰時(shí)間提前了0.02 s，第2個(gè)波峰時(shí)間提前了0.06 s。

由仿真結(jié)果可知:改進(jìn)后車體振動(dòng)衰減明顯加速，提高了車體的平穩(wěn)性。圖7顯示結(jié)果說明改進(jìn)后懸架系統(tǒng)阻尼效果有所改善，可以增加車輛行駛平順性，改進(jìn)方案可行。

3.2 進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)懸架

以上仿真是在常壓下進(jìn)行的，當(dāng)把懸架系統(tǒng)氣壓缸進(jìn)排氣口與車輛自帶氣壓系統(tǒng)(8.1 MPa)相連接后，進(jìn)氣氣壓就處在了一個(gè)可調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)。建立的模型如圖8所示。

圖8 進(jìn)一步改進(jìn)后懸架模型

圖8中8(c)為一恒壓源元件模型，代表懸架系統(tǒng)氣壓缸進(jìn)排氣口與車輛自帶氣壓系統(tǒng)相連。

在其他參數(shù)不變的情況下，使恒壓源輸出壓強(qiáng)為5.0 MPa。運(yùn)行改進(jìn)模型，仿真結(jié)果與改進(jìn)未加壓懸架系統(tǒng)比較分析，結(jié)果如圖9所示:曲線1為進(jìn)氣口處為常壓時(shí)(0.1 MPa)的車體垂直位移曲線;曲線2為進(jìn)氣口處氣壓為5.0 MPa時(shí)車體垂直位移曲線。

圖9 進(jìn)一步改進(jìn)后車體位移曲線

曲線2第1個(gè)波峰為0.47 m，較曲線1減小0.02 m;曲線2第3個(gè)波峰為0.224 m，與曲線1的第4個(gè)波峰0.221 m相近。曲線2在2.20 s時(shí)到達(dá)第3波峰，較曲線1在2.15 s時(shí)到達(dá)第3波峰推遲了0.05 s，即曲線2的頻率較曲線1有所減小。曲線2描繪的車體垂直動(dòng)作更趨于平穩(wěn)。

由仿真結(jié)果可知:當(dāng)壓力加大到5.0 MPa時(shí)，車體垂直振動(dòng)振幅都衰減較快，能夠使車體在3 s以前就達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，較未加壓時(shí)提前了1 s多。這說明進(jìn)一步改進(jìn)后的懸架系統(tǒng)性能提升顯著，車輛行駛更加平穩(wěn)，平順性進(jìn)一步增強(qiáng)。

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