多轴重型车辆互连式油气悬架系统特性研究

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1、多轴重型车辆互连式油气悬架系统特性研究张军伟2015年1月中图分类号：U463UDC分类号：621多轴重型车辆互连式油气悬架系统特性研究作者姓名张军伟学院名称机械与车辆学院指导教师陈思忠教授答辩委员会主席刘昭度教授申请学位工学博士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchonSystemCharacteristicsofInterconnectedHydro-pneumaticSuspensionforMulti-AxleHeavyVehicleCandidateName：ZhangJunweiS

2、choolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ChenSizhongChair,ThesisCommittee：Prof.LiuZhaoduDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导

3、下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要互连式油气悬架因其优异的减振、抗侧倾、平衡轴荷、车高可调等性能越来越多的在重型多轴车辆上得以应用。但是，其多支路互连结构在提供优异性能的同时也带来了结构复杂、刚度阻尼耦合、刚度及阻尼非一致性等问题。本文以校企合作

4、项目为背景，针对多支路油气悬架进行了理论研究和试验验证，将分数阶理论应用于油气悬架建模中，重点对多支路油气悬架所存在的刚度阻尼耦合问题、刚度及阻尼非一致性问题进行了深入研究，并根据需要，搭建多支路油气悬架测试平台，对理论推导及仿真分析进行试验验证，为多支路油气悬架的设计及整车控制提供了理论和试验基础。论文的主要研究内容如下：基于流体力学理论和理想气体状态方程，建立了油气悬架主要部件的模型，其中包括蓄能器模型、节流阀模型、溢流阀模型、单向阀模型、油缸模型；根据系统中各部件的连通关系，建立了单油路油气悬架整数阶模型和多支路油气悬架整数阶模型

5、，并通过台架试验验证了模型的正确性；基于分数阶理论，建立了单油路油气悬架分数阶模型和多支路油气悬架分数阶模型，是对整数阶模型的扩展和延伸，并将分数阶模型、整数阶模型与台架试验对比，验证了分数阶模型的正确性，并验证了分数阶模型在研究刚度及阻尼非一致问题时的优势所在；分析了分数阶阶次改变对系统特性的影响，为后续的多支路油气悬架刚度及阻尼非一致性问题的研究奠定了基础。以互连式油气悬架为研究对象，采用了模块化建模方法，基于所建立的蓄能器模型、阀模型及油缸模型，根据系统中各部件的连通关系，对单轮激励工况、同侧前后轮激励工况、同桥左右轮激励工况、四

6、轮激励工况下的互连式油气悬架系统中各部件模型之间的输入输出关系进行了分析，分别对四种激励工况进行建模仿真；分析了四种激励工况下的互连式油气悬架活塞位移、活塞速度、蓄能器压力、油缸输出力等系统动态特性，为互连式油气悬架系统设计提供理论依据。针对多支路油气悬架弹性力和阻尼力相互影响和制约的现象，提出了多支路油气悬架刚度阻尼耦合问题，通过对多支路油气悬架油缸模块、阀组模块、蓄能器模块之间的能量传递关系及输入输出关系进行了分析，揭示多支路油气悬架刚度阻尼强耦合的机理；通过研究刚度域参数、阻尼域参数、运动域参数对多支路油气悬架刚度阻尼耦合特性的影

7、响，以仿真分析的方式研究了多支路油气悬架刚度阻尼耦合的主要影响I北京理工大学博士学位论文因素；鉴于多支路油气悬架刚度阻尼的强耦合特性，无法将弹性力和阻尼力解耦，对多支路油气悬架的系统输出力特性进行了深入研究，为后续的多支路油气悬架刚度及阻尼非一致性研究提供了理论基础。针对多支路油气悬架在一个完整的压缩伸张行程中的刚度曲线不重合、阻尼曲线不重合现象，提出了多支路油气悬架刚度及阻尼非一致性问题；基于多支路油气悬架模型，对多支路油气悬架活塞位移、蓄能器压力、支路流量、阻尼功率等系统状态变量进行比较分析，揭示了产生多支路油气悬架刚度及阻尼非一致

8、性问题的根本原因，即多支路的结构及各支路参数的非对称性导致各支路之间产生交叉充放油现象；分别研究了刚度域参数（蓄能器预充气压力）、阻尼域参数（节流孔直径）、运动域参数（活塞位移、活塞速度）对多支路油气悬架刚