趙肖楠，熊慶輝，顧莉棟，宋林森

（1.長春理工大學機電工程學院，長春 130022；2.中國北方車輛研究所，北京 100072）

基于AMESim的履帶車輛底盤液壓系統(tǒng)虛擬試驗臺模型開發(fā)

趙肖楠1，熊慶輝2，顧莉棟1，宋林森1

（1.長春理工大學機電工程學院，長春 130022；2.中國北方車輛研究所，北京 100072）

通過對某履帶車輛底盤液壓系統(tǒng)工作原理的分析，利用仿真軟件AMESim開發(fā)了虛擬液壓系統(tǒng)試驗臺仿真模型，擬用該系統(tǒng)模擬液壓系統(tǒng)在試驗臺環(huán)境下的壓力，流量等工作狀態(tài)量，并將其用于模型調用和各狀態(tài)量的優(yōu)化設計工作。其中部分部件通過局部仿真，選用功能模型替換詳細模型，通過模型替換，可以大大減小主系統(tǒng)模型的計算量。

AMESim；液壓系統(tǒng)；虛擬試驗臺；底盤

某履帶車輛底盤液壓系統(tǒng)為定量泵-溢流閥恒壓控制方式，油泵機械功率來自發(fā)動機和傳動部件，在不同的工作環(huán)境和工況下，液壓系統(tǒng)的流量和壓力輸出都不一樣，因此需要通過建立虛擬液壓系統(tǒng)試驗臺仿真模型來完成系統(tǒng)的仿真和設計優(yōu)化工作，以提高汽車底盤液壓系統(tǒng)的工作性能和可靠性。

1 系統(tǒng)工作原理

該液壓系統(tǒng)輸入功率來自車輛發(fā)動機，主要通過高低壓油泵、定壓閥和管路附件來控制各功能子系統(tǒng)的供油壓力和流量，為底盤關鍵功能子系統(tǒng)（也稱負載，包括高壓制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、換擋機構、冷卻風扇驅動、變速器潤滑和液力變矩器供油等）提供液壓動力和機油潤滑。

為模擬各功能子系統(tǒng)的流量需求，試驗臺采用油缸、阻尼空和比例電磁閥來模擬液壓系統(tǒng)的真實負載和邊界條件，仿真模型和液壓物理試驗臺保持一致，以便后期可以通過試驗進行仿真結果的驗證。試驗臺工作原理如圖1所示［1-4］。

2 仿真模型開發(fā)

2.1 定壓閥

圖1中的RVx（x=1，2，3…）為定壓閥，用于限定各支路的最大工作壓力。定壓閥的特性取決于其機械設計參數(shù)，對于系統(tǒng)的功能特性有顯著影響。這部分采用AMESim中液壓元件設計模型庫（hydraulic component design，HCD）根據(jù)實際CAD結構搭建詳細模型。以RV2為例，根據(jù)閥芯和閥座結構尺寸、定壓彈簧的機械剛度和預緊力，建立詳細模型如圖2所示。

圖1 虛擬液壓系統(tǒng)試驗臺工作原理

圖2 RV2詳細物理模型

2.1.2 定壓閥部件單獨仿真

入口壓力定義為10s內(nèi)0～10bar遞增，單獨計算得到其定壓特性（dp-Q），包括開啟特性、流量壓力梯度、飽和點和飽和特性。仿真結果如圖3所示。

2.1.3 采用功能模型替換詳細模型

選取AMESim中標準液壓庫（hydraulic lib）中的定壓閥功能模型，按照RV2的特性設置參數(shù)，使其計算結果和HCD模型一致，那么該模型即可在主系統(tǒng)模型中替代基于HCD的定壓閥模型。

2.1.4 替換結果分析

對比RV2的功能模型和HCD模型仿真得到的液壓特性結果，如圖3所示，開啟壓力和飽和點、飽和特性一致，僅在閥門流量壓差梯度的二階變化率上略有不同。

圖3 RV2液壓特性仿真結果

因此，可以近似采用RV2的功能模型替換詳細模型，在保證仿真結果差異較小的同時，可以大幅提高計算效率。同理，以此方法應用到其他定壓閥中，包括RV1、CV1、CV2、DRV、TCB等，功能模型替換詳細模型。

2.2 潤滑子系統(tǒng)

她的否認看上去并不積極，我告訴她：“我本來沒有想到要來你們家，你知道嗎？我又搬家了，我在幫著母親整理廚房，幫著父親整理書房，他們兩個人把我使喚來使喚去的，讓我厭煩極了，我是從家里逃出來的，本來我想去看看沈天祥的，可是前天我們還在一起，王飛和陳力慶我也經(jīng)常見到他們，就是你們，我有很久沒見了，所以我就到你們家來了，沒想到林孟不在，我忘了他今天應該在工廠上班……”

潤滑子系統(tǒng)用于軸承和機件的冷卻和潤滑，由潤滑油道（pipe）、管接頭（junction）、彎頭（bend）、變徑（transition）、噴孔（nozzle）等沿程和局部損失元件構成，其Pro/E模型如圖4所示。

圖4 潤滑系統(tǒng)CAD模型

機油流過流阻元件后損失部分壓力，流量越大，損失越大，不同的過流部件的Q-dp關系由流阻系數(shù)定義不同。在AMESim的液阻庫（hydraulic resistance）中，匯集了描述流阻損失特性的局部模型，涵蓋各類管接頭、變徑、彎頭等常用管網(wǎng)附件，并給出了經(jīng)由試驗得到的流阻系數(shù)。

2.2.1 采用集中參數(shù)法建立管網(wǎng)流阻特性模型

根據(jù)3D管路模型，采用集中參數(shù)法［5］建立管網(wǎng)流阻特性模型，可以將管路內(nèi)的液體視為一個集中質量，將管內(nèi)的管網(wǎng)附件帶來的阻力等視為集中在一處，建立潤滑系統(tǒng)管網(wǎng)流阻特性集中參數(shù)模型如圖5所示。

圖5 潤滑系統(tǒng)流阻特性集中參數(shù)模型

2.2.2 模型替換

設置模型的入口壓力，按照0～2bar線性遞增，計算系統(tǒng)總流量變化，可以得到潤滑子系統(tǒng)的流阻特性，系統(tǒng)的流阻特性可以Q-dp的曲線形式表示，如圖6所示。

由圖6可以得到潤滑系統(tǒng)的流阻特性，用飽和點（2bar，400L/min）來表示。同樣借鑒模型替換方法，將潤滑系統(tǒng)視作液壓主系統(tǒng)的一個流量需求設備，其流阻特性可以采用阻尼孔等效。通過模型替換，可以大大減小主系統(tǒng)模型的計算量。

圖6 潤滑系統(tǒng)的流阻特性曲線

2.3 主系統(tǒng)模型

根據(jù)液壓原理圖建立主系統(tǒng)模型，實際管路采用固定容腔近似，對于穩(wěn)態(tài)工況計算而言是可行的，如果關注點在系統(tǒng)的某個瞬態(tài)過程，則需要詳細簡歷管路的模型。液壓系統(tǒng)模型如圖7所示。

3 仿真

3.1 仿真工況和觀測量定義

定義仿真工況：熱機穩(wěn)態(tài)運行；發(fā)動機最大轉速為3600rpm；油溫為80℃；負載在0.2s后全開。觀測量：負載流量。

3.2 仿真結果提取與分析

仿真后提取結果曲線如圖8所示，圖中各變量由表1定義。

圖8 各負載流量仿真結果曲線

表1 負載流量仿真結果觀測表

圖7 液壓系統(tǒng)AMESim模型

根據(jù)仿真結果分析得出：負載在0.2s后開啟，流量需求隨后達到穩(wěn)態(tài)，或在穩(wěn)態(tài)附近周期波動，部分負載如油缸滿行程后，流量需求歸零。

4 結論

采用AMESim軟件對某履帶車輛底盤液壓系統(tǒng)進行開發(fā)，建立了虛擬液壓系統(tǒng)試驗臺仿真模型，該模型可用于不同工況下對系統(tǒng)流量和壓力的輸出的模擬，并可進一步應用于優(yōu)化計算。其中部分詳細模型采用其功能模型替換，可以大大減少系統(tǒng)模型狀態(tài)變量的個數(shù)，尤其對于后期系統(tǒng)優(yōu)化計算所需要的多達數(shù)十次的采樣仿真而言，可以極大提高了計算效率。

［1］肖岱宗.AMESim仿真技術極其在液壓元件設計和性能分析中的應用［J］.艦船科學技術，2007，29（增刊）：142-145.

［2］IMAGINE S A.AMESim 4.3 User Mannual［M］. France，2006.

［3］唐毅，魏鑫，曹克強.基于AMESim的某型飛機液壓系統(tǒng)仿真研究［J］.機床與液壓，2007，35（6）：198-200.

［4］余佑官，龔國芳，胡國良.AMESim仿真技術及其在液壓系統(tǒng)中的應用［J］.液壓氣動與密封，2005（3）：28-31.

［5］蔣亞軍，胡軍科，趙斌.泵—馬達液壓傳動系統(tǒng)中的壓力拍振分析［J］.噪聲與振動控制，2013，35（4）：936-938.

Development of Virtual Platform Model of Hydraulic Chassis of a Tracked Vehicle Based on AMESim

ZHAO Xiaonan1，XIONG Qinghui2，GU Lidong1，SONG Linsen1
（1.School of Mechatronical Engineering，Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022；2.China North Vehicle Research Institute,Beijing 100072）

According to the analysis of the working principle of the hydraulic chassis system of a certain tracked vehicle，a simulation model of the virtual hydraulic test platform system used to simulate the state parameter such as pressure and flow rate in the platform environment has been develop by AMESim.The model is also used to optimize the model innovation and design of the condition parameters.As a result showed in the simulation of some parts in the hydraulic system，the detailed models used in the system can be replaced by functional models.In addition，by replacing，the computation of the main system model can greatly be reduced.

AMESim；hydraulic system；virtual test platform；chassis

TH122

A

1672-9870（2016）06-0036-04

2016-07-15

趙肖楠（1978-），女，碩士，講師，E-mail：zhaoxn@cust.edu.cn

宋林森（1975-），男，博士，教授，E-mail：sls_ciom@126.com