王國(guó)寧　劉少軍

（1.裝甲兵技術(shù)學(xué)院吉林長(zhǎng)春130117；2.65571部隊(duì)吉林四平136000）

基于蒙特卡洛方法對(duì)油氣懸架參數(shù)的分析

王國(guó)寧1劉少軍2

（1.裝甲兵技術(shù)學(xué)院吉林長(zhǎng)春130117；2.65571部隊(duì)吉林四平136000）

基于建立連通式油氣懸架試驗(yàn)臺(tái)，研究不同工況下各參數(shù)對(duì)油氣懸架的性能的影響。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，油氣懸架系統(tǒng)未受激勵(lì)處于初始狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)壓力以及單向閥開(kāi)啟壓力是一個(gè)波動(dòng)狀態(tài)并非穩(wěn)定值。文章建立了連通式油氣懸架數(shù)學(xué)模型與仿真模型，基于蒙特卡洛方法對(duì)油氣懸架參數(shù)存在的不確定性進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，隨著參數(shù)的不確定性分布，響應(yīng)結(jié)果也呈不確定性分布，不確定性分布均在試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化范圍之內(nèi)。

連通式油氣懸架試驗(yàn)臺(tái)仿真模型蒙特卡洛方法

前言

油氣懸架因其具有良好的非線(xiàn)性剛度和阻尼特性，能夠很好的提高車(chē)輛的行駛平順性和乘坐舒適性，被廣泛地應(yīng)用在大型的工程車(chē)輛上，以提高其在惡劣條件下的工作能力。連通式油氣懸架因其獨(dú)特的性能近年來(lái)引起國(guó)內(nèi)外廣泛的研究。油氣懸架的參數(shù)直接影響懸架的性能，有些參數(shù)的設(shè)計(jì)是可控的，如活塞有桿腔無(wú)桿腔的面積、阻尼孔單向閥的水力直徑、連接油管的長(zhǎng)度。另一些參數(shù)，例如蓄能器內(nèi)氣體體積與壓力、液壓缸內(nèi)油液的初始?jí)毫?、單向閥的開(kāi)啟壓力，在實(shí)驗(yàn)測(cè)定的時(shí)候發(fā)現(xiàn)其值存在不確定性。這些數(shù)值在實(shí)驗(yàn)選定的時(shí)候認(rèn)為是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，然而它們本身是波動(dòng)的，會(huì)對(duì)連通式油氣懸架性能存在影響。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于參數(shù)對(duì)油氣懸架性能影響方面的研究有很多，國(guó)內(nèi)仝軍令［1］非確定性參數(shù)對(duì)油氣懸架系統(tǒng)性能的影響，建立了油氣懸架系統(tǒng)2自由度1/4車(chē)輛模型的數(shù)學(xué)模型，研究了節(jié)流孔流量系數(shù)、油液動(dòng)力粘度和氣體多變指數(shù)等非確定性參數(shù)對(duì)平順性、懸架動(dòng)行程和輪胎接地性等懸架系統(tǒng)性能的影響；國(guó)外Dongpu Cao［2-3］設(shè)計(jì)并介紹了各種可能的連通式油氣懸架的連接方式，并對(duì)其進(jìn)行分析希望以此建立一套系統(tǒng)的連通式油氣懸架的設(shè)計(jì)方案。但這些研究很少針對(duì)系統(tǒng)中存在的參數(shù)不確定性進(jìn)行研究，文章設(shè)計(jì)了一種連通式油氣懸架，考慮各種相關(guān)因素的隨機(jī)性，將蒙特卡羅模擬方法應(yīng)用于連通式油氣懸架參數(shù)對(duì)阻尼特性影響分析當(dāng)中。［1］

一、利用蒙特卡洛方法對(duì)懸架參數(shù)分析

1.優(yōu)化分析

在對(duì)連通式油氣懸架參數(shù)不確定性進(jìn)行分析之前，基于amesim軟件對(duì)建立連通式油氣懸架仿真模型，仿真模型如圖1所示，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為目標(biāo)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以初始系統(tǒng)壓力4Mpa、阻尼孔直徑為4mm、激勵(lì)信號(hào)為頻率1.5Hz的正弦函數(shù)、左右兩端信號(hào)輸入相位差為60°為例進(jìn)行仿真優(yōu)化分析。［2］

圖1　連通式油氣懸架仿真模型

為驗(yàn)證單向閥開(kāi)啟壓力的不確定性，將仿真模型系統(tǒng)初始充氣壓力設(shè)定為5Mpa、4Mpa、3Mpa、2Mpa四種情況，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為優(yōu)化目標(biāo)，觀(guān)察單向閥開(kāi)壓力的優(yōu)化值。

2.蒙特卡洛分析

選定影響懸架性能的左右兩端蓄能器的初始?jí)毫εc充氣壓力與左右兩端單向閥開(kāi)啟壓了為輸入的不確定參數(shù)，參數(shù)值偏差的設(shè)定是由實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)獲得，通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以看出，在系統(tǒng)處于靜力平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)壓力的波動(dòng)范圍在0.1Mpa左右，單向閥開(kāi)啟壓力波動(dòng)范圍為0.05Mpa左右。考慮到運(yùn)算時(shí)間和運(yùn)算精度，將運(yùn)算次數(shù)選定為200次，當(dāng)參數(shù)存在不確定性時(shí)，輸出結(jié)果也呈不確定分布。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比我們可以看出，將參數(shù)設(shè)置成不確定分布經(jīng)蒙特卡洛分析得到的數(shù)據(jù)與優(yōu)化得到數(shù)據(jù)有一定的變化，壓力差稍大于優(yōu)化后的數(shù)據(jù)，說(shuō)明了這些參數(shù)存在的不確定性對(duì)懸架性能有一定的影響，但仍在試驗(yàn)曲線(xiàn)的波動(dòng)范圍之內(nèi)。

二、結(jié)論分析

文章討論了連通式油氣懸架的參數(shù)的不確定性，并說(shuō)明了液動(dòng)力對(duì)單向閥開(kāi)啟壓力的影響，通過(guò)仿真證明單向閥開(kāi)啟壓力隨系統(tǒng)充氣壓力的增大會(huì)有增大的趨勢(shì)。通過(guò)蒙特卡洛方法對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在參數(shù)的不確定性進(jìn)行分析，得到響應(yīng)結(jié)果也呈不確定性分布。將分析數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)、仿真優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)蒙特卡洛方法得到的阻尼孔兩端壓力差會(huì)稍大于優(yōu)化后得到的數(shù)據(jù)，但得到數(shù)據(jù)仍在試驗(yàn)曲線(xiàn)波動(dòng)范圍之內(nèi)。

［1］仝軍令，李威.非確定性參數(shù)對(duì)油氣懸架系統(tǒng)性能的影響［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2007（11）：49-52.

［2］Dongpu Cao，Subhash Rakheja，Chun-Yi Su.Roll-and pitch-plane coupled hydro-pneumatic suspension.Part 1：Feasibility analysis and suspension properties［J］.Vehicle System Dynamics.2009：1-26.

［3］Dongpu Cao，Subhash Rakheja，Chun-Yi Su.Roll-and pitch-planecoupled hydro-pneumatic suspension.Part 2：dynamic response analyses.Vehicle System Dynamics.2009：1-22.