周兵 黃曉婷　耿元

摘要：針對液壓參數(shù)對液壓互聯(lián)懸架輸出響應影響強度大小的問題，在Matlab中建立了液壓互聯(lián)懸架半車側傾耦合頻域模型，根據(jù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和路面輸入得到了垂直和側傾輸出加速度譜密度并將其與傳統(tǒng)懸架進行對比，分析對比結果.采用Morris靈敏度分析方法計算得到各液壓參數(shù)的靈敏度值并進行靈敏度排序.結果表明，由于在側傾振動中液壓油頻繁地流進和流出蓄能器，蓄能器參數(shù)及與蓄能器連接的阻尼閥壓力損失系數(shù)對側傾振動模態(tài)有較大影響；與作動器上下腔連接的阻尼閥壓力損失系數(shù)對垂直振動模態(tài)有較大影響，所得結果為進一步的懸架優(yōu)化中設計變量的選取提供了理論依據(jù).

關鍵詞：車輛工程；液壓互聯(lián)懸架；功率譜密度；靈敏度分析；Morris法

中圖分類號：U463.4 文獻標識碼：A

文章編號：1674-2974（2016）02-0070-07

互聯(lián)懸架指單個車輪運動導致其他車輪或車輪組彈簧力變化的懸架系統(tǒng)的總稱[1].液壓互聯(lián)懸架用一個雙向液壓作動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)懸架的減震器，液壓作動器分別連接在車身和車輪上.液壓互聯(lián)懸架中，每條液壓回路都包含了蓄能器、阻尼閥以及液壓油管等液壓元件，車身和車輪的運動引起液壓回路中液壓油流動，而液壓油流進流出蓄能器又引起回路中壓力的變化從而形成合力作用于車身和車輪，為車身和車輪提供懸架支撐力.根據(jù)車輛行駛的不同要求，液壓系統(tǒng)中的油管有兩種連接方式：同向互聯(lián)和反向互聯(lián).其中，半車模型中的反向互聯(lián)懸架能夠在不影響垂直振動的前提下增加側傾剛度，提高車輛行駛的穩(wěn)定性.互聯(lián)懸架由油氣懸架發(fā)展而來，近年來國內外學者對液壓互聯(lián)懸架進行了一些研究，Moulton通過試驗方法對有無安裝互聯(lián)懸架的車輛進行了對比，分析了振動特性[2]；Gay建立了液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型[3]；Garrott和Forkenbrock等人通過實車驗證[4]和ADAMS建模[5]的方法研究了液壓互聯(lián)懸架的動態(tài)特性；Mavroudakis等研究了互聯(lián)懸架系統(tǒng)對整車操縱穩(wěn)定性的影響；陶又同采用示功圖法研究了儲能器的等效剛度和阻尼[6]；趙春明利用功率鍵合圖法建立了互聯(lián)油氣懸架模型[7]；陳國椿[8]和陳禹行[9]分別用ADAMS和AMESim軟件對液壓互聯(lián)懸架進行了仿真分析；郭孔輝等在油氣懸架時域建模方面做出了相應研究[10]；谷正氣等對安裝油氣懸架的礦用自卸車的縱傾性能進行了優(yōu)化[11].

綜上所述，目前互聯(lián)懸架的研究集中于合理模型的建立和對動態(tài)特性及操縱穩(wěn)定性的考察，沒有單獨分析液壓參數(shù)對耦合系統(tǒng)的影響.本文研究中考慮到液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)中引入了蓄能器等液壓元件，因此液壓互聯(lián)懸架的頻域動態(tài)響應不僅僅依賴于機械系統(tǒng)的相關特性，也與液壓系統(tǒng)的特性有關，液壓元件相關參數(shù)的選取影響著系統(tǒng)的動態(tài)輸出響應.本文建立了側傾半車模型及路面頻域模型，分析了蓄能器相關參數(shù)和阻尼閥相關參數(shù)對輸出響應的影響，明確了其中哪些參數(shù)對系統(tǒng)的總體輸出和動態(tài)影響較大并做出排序和分析，為懸架優(yōu)化提供了理論依據(jù).

1半車側傾模型的建立

1.1機械系統(tǒng)建模

液壓互聯(lián)懸架示意圖如圖1所示.

1.2液壓系統(tǒng)建模

液壓互聯(lián)懸架作動器示意圖如圖2所示.

圖2所示的是圖1中虛線框內部分，其中，q1，q2，q3，q4分別為左右作動器上下腔室的流量，R1，R2，R3分別為連接上腔、下腔和蓄能器的阻尼閥，將液壓系統(tǒng)管路分為a和b兩條線路.液壓作動器由左右液壓缸及相應的起不同作用的液壓元件構成[12].本文中將液壓回路沿液體流動方向（圖中箭頭方向）按照液壓元件離散化并建立各個液壓元件的傳遞函數(shù)矩陣，各個傳遞函數(shù)矩陣相乘得到液壓回路通路陣從而得到液壓系統(tǒng)的阻抗矩陣.對于線路a其通路陣有：

設仿真速度為72 km/h，得到的車輛加速度響應輸出譜密度曲線如圖6和圖7所示.

傳統(tǒng)懸架和液壓懸架的對比圖應用了雙對數(shù)曲線圖，從圖中不難看出，在垂直響應中，由于模型中附加的液壓系統(tǒng)導致了懸架整體的剛度和阻尼均發(fā)生變化且減小了垂直方向的剛度，故傳統(tǒng)懸架曲線優(yōu)于液壓互聯(lián)懸架曲線.在側傾響應中，液壓互聯(lián)懸架的峰值明顯下降并后移，這是因為在該頻率范圍內，附加的阻尼矩陣增強了懸架側傾剛度；在相同路面等級不同車速下，傳統(tǒng)懸架和液壓懸架在垂直振動方面都表現(xiàn)出隨著車速的減小，高頻區(qū)的振動比較密集，液壓懸架在高速低頻區(qū)出現(xiàn)兩個峰值而在低速低頻區(qū)只有一個峰值；側傾振動中，高速低頻區(qū)的曲線斜率大于低速低頻區(qū)，隨著速度的增加在低頻區(qū)內液壓懸架抗側傾能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)懸架，液壓懸架的波谷遠低于傳統(tǒng)懸架的波谷，在高頻區(qū)液壓懸架的抗側傾能力下降明顯.

3液壓系統(tǒng)參數(shù)對液壓互聯(lián)懸架響應

Morris法靈敏度分析

靈敏度分析是指當系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化時，系統(tǒng)的輸出對此變化的敏感程度，即指對系統(tǒng)性能因設計變量或參數(shù)的變化的敏感程度的分析[17].局部靈敏度分析只檢驗單個設計變量變化對模型結果的影響程度，以模型在單個設計變量變化時的輸出結果作為評價指標得到靈敏度結論，本文中采取局部靈敏度分析法得到相關結論.

一般靈敏度分析的方法主要有擾動分析法、有限差分法和直接求導法等.其中擾動分析法中最常用的方法是Morris方法，Morris方法是基于參數(shù)空間的離散搜索方法，通過計算一組參數(shù)空間不同離散點的增長率進而在整個參數(shù)空間內統(tǒng)計參數(shù)增長率的分布規(guī)律.Morris方法的計算原理是選取模型中的一個設計變量Pi，其余參數(shù)值固定不變，在修正方法中采用參數(shù)自變量Pi以設定好的變幅變化運行模型得到目標函數(shù)y（p）=y（P1，P2，P3，…，Pn）的值，用影響值Si判斷參數(shù)變化對輸出值的影響程度[18-20].

液壓互聯(lián)懸架中，液壓回路中的液壓元件儲能器、阻尼閥和液壓油管的參數(shù)對液壓互聯(lián)懸架的輸出響應有著至關重要的影響，根據(jù)相關文獻及第一部分中對液壓結構的建?？芍獌δ芷黝A充壓力P1，預充體積V1和工作壓力P2及阻尼閥的壓力損失系數(shù)R1，R2，R3（R1為連接液壓作動缸上腔的阻尼閥的壓力損失系數(shù)，R2為連接液壓作動缸下腔的阻尼閥的壓力損失系數(shù)，R3為連接儲能器的阻尼閥的壓力損失系數(shù)）為液壓系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，因此選取上述6個參數(shù)作為分析變量，以車身垂直加速度輸出譜密度和車身側傾加速度輸出譜密度為目標函數(shù)，分別進行車身垂直振動模態(tài)下和車身側傾振動模態(tài)下參數(shù)的局部靈敏度分析.

3.1車身垂直振動模態(tài)下參數(shù)局部靈敏度分析計算

為得到6個變量對車身垂直響應譜密度影響的準確結果，選擇靈敏度分析法中Morris方法進行分析.在Isight軟件中進行試驗設計，隨機采取試驗數(shù)據(jù)點，選擇車身垂直響應加速度的輸出譜密度作為目標函數(shù)進行試驗設計，其中各參數(shù)的取值范圍見表2.

計算得到垂直響應影響因子的結果見表3.

垂直響應靈敏度影響因子的柱狀分析圖如圖8所示.

結果表明，連接作動器上下腔的阻尼閥對垂直響應的影響較大，儲能器及連接儲能器的阻尼閥對垂直響應影響較小.由于車身垂直振動時，流進與流出儲能器的油液較少，而大部分油液通過連接上下腔的阻尼閥在左右作動器之間進行交換，所以垂直振動模態(tài)中，與儲能器相關的設計變量對響應的影響都比較小.此時作動器的作用主要是為垂直振動提供衰減振動的阻尼.

3.2車身側傾振動模態(tài)下參數(shù)局部靈敏度分析計算

與垂直振動模態(tài)的分析類似，得到車身側傾振動模態(tài)下的靈敏度分析結果，見表4.

sensitivity for roll response

根據(jù)表4，得到各個參數(shù)對側傾響應影響程度的排序，從大到小依次為：儲能器工作壓力、儲能器預充壓力、與儲能器連接的阻尼閥、儲能器預充體積、與作動器下腔連接的阻尼閥、與作動器上腔連接的阻尼閥.在車身側傾運動中，車體在側向力的作用下擠壓或拉伸液壓缸使得油液頻繁地流進與流出儲能器，此時液壓油路的壓力隨之增大或減小從而在液壓缸處產(chǎn)生合力阻止車身的側傾.在側傾振動模態(tài)中，儲能器存儲和釋放能量產(chǎn)生彈簧力和阻尼力，因此儲能器及與之連接的阻尼閥的各個設計變量對側傾響應的影響比較大.綜上所述，連接上下腔的阻尼閥對垂直振動的影響較大而對側傾振動的影響較?。粌δ芷骷斑B接儲能器的阻尼閥對側傾振動影響較大而對垂直振動的影響較小.因此，針對不同的優(yōu)化目標要求，本文的結論為懸架優(yōu)化提供了理論依據(jù).

4結論

建立了機械液壓耦合系統(tǒng)模型和路面模型，得到了各加速度響應的輸出譜密度曲線，隨著頻率增大，垂直及側傾響應加速度功率譜密度減小.垂直模態(tài)加速度輸出譜密度減小的過程中，在頻率為1.19 Hz處出現(xiàn)峰值；側傾模態(tài)加速度輸出譜密度減小的過程中，在頻率為4.89 Hz處出現(xiàn)峰值.利用靈敏度分析Morris法得到液壓系統(tǒng)的參數(shù)對于車身垂直加速度響應及車身側傾加速度響應的影響程度，結果表明，儲能器參數(shù)對側傾加速度響應影響較大而油管上的阻尼閥參數(shù)對垂直加速度響應影響較大.在車身的模態(tài)分析中，液壓系統(tǒng)的參數(shù)對側傾響應的影響大于對垂直響應的影響.

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