车辆电控空气悬挂优化特性评价方法技术

车辆电控空气悬挂优化特性评价方法，首先设置优化参数的搜索范围，然后依次分析弹簧与平衡肘大头干涉约束、弹簧上行程约束、弹簧下形成约束、弹簧内部压强约束，然后进行约束检查和加权求和后，输出最大结果。本发明专利技术针对悬挂结构及参数设计不合理导致的刚度曲线不理想，车辆姿态不一，调节困难等问题。在分析机电悬挂特性指标、影响因素、约束条件的基础上，提出了多目标的电控空气悬挂结构优化目标模型，并对其结构及参数进行了优化设计，系统地提出了满足设计要求的机电悬挂特性优化设计规则与评价方法。本发明专利技术体现了前期悬挂设计与后期实车行驶的多方面要求；结构优化规则与评价方法科学、可行。

【技术实现步骤摘要】
车辆电控空气悬挂优化特性评价方法
本专利技术涉及一种车辆悬挂系统的优化特性评价方法，尤其是一种车辆电控空气悬挂优化特性评价方法，适用于摆动缸与固定缸式油气悬挂的结构优化设计。
技术介绍
相关研究与试验表明，安装机电悬挂系统(ECASS)的轮式车辆或履带车辆,其越野速度可提高2～3倍,使部队作战节奏明显加快；平台的稳定性、越野行驶时的操控性能显著提高,从而使武器发射地点更为灵活，并能显著提高武器系统的射击精度；安装ECASS系统能够显著吸收冲击和震动能量，大幅减小车辆的相对运动和振动，从而显著提高可靠性，提高乘员的工作效率；车辆的装载能力、燃油经济性等均有显著提高。鉴于ECASS系统的优越性能，国内也展开了相关研究。但前期研究表明，按照原有的电控空气悬挂结构参数进行分析，发现悬挂刚度曲线不理想(如图1所示)，这将导致车辆姿态不一，调节困难，并易导致悬挂击穿与脱带现象，难以满足相关车辆的行动系统设计要求，因此必须对悬挂结构及参数进行优化。显然，优化设计的前提是有一个明确的优化目标模型与相应的评价方法或评价模型。对于车辆悬挂系统的优化，国内外研究较多，但多数优化表现在对悬挂的刚度与阻尼系数的优化，优化目标为行驶平顺性；而提高操稳性对悬挂结构参数优化多限于轮式车辆。对于车辆平顺性的评价方法，国内外学者也进行了大量研究，提出了很多的平顺性评价方法与评价标准，最为典型的是ISO标准、美国陆军试验规程、中国对应的野外振动试验规程等。但是绝大多数评价方法主要是针对轮式车辆，且均是在试验数据的基础上进行的。到目前为止，在设计阶段还没有一个公认、统一、系统的与履带车辆行驶平顺性相关的悬挂设计标准或规则，国内外相关的评价指标体系与评价方法仍处于空白。
技术实现思路
针对电控空气悬挂结构设计过程中遇到的问题，本专利技术在分析机电悬挂特性指标、影响因素、约束条件的基础上，建立了机电悬挂的结构及其参数优化的目标模型，并对其结构及其参数进行了优化设计研究，提出了系统的电控空气悬挂结构优化规则与悬挂特性评价方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：车辆电控空气悬挂优化特性评价方法，首先设置优化参数的搜索范围，然后依次分析弹簧与平衡肘大头干涉约束、弹簧上行程约束、弹簧下形成约束、弹簧内部压强约束，然后进行约束检查和加权求和后，输出最大结果。具体步骤为：(1)设置机电悬挂的优化参数范围(2)确定机电悬挂特性及评价指标具体的评价指标为：(2.1)总缓冲势量及总比位能(2.2)垂直振动周期(2.3)纵向角振动周期(2.4)空气弹簧作用于平衡肘的传动角(3)确定单个悬挂特性的结构影响因素综合分析发现，下述参数对机电悬挂特性的影响较大：(3.1)平衡肘长度(3.2)弹簧上、下支点位置参数(3.3)空气弹簧气缸内径与活塞杆中空内腔直径及深度(4)分析约束条件在优化过程中发现，如果改变上支点位置，会使弹簧行程减小，并会导致内部干涉；其次，平衡肘受力效果、悬挂特性也不会达到最优。因此在对整个悬挂结构综合优化之前，有必要分析下列约束条件：(4.1)弹簧与平衡肘大头不干涉约束(4.2)弹簧动、静行程约束(4.3)弹簧内部压力约束(4.4)悬挂刚度(5)对悬挂结构进行综合优化具体步骤是：(5.1)建立电控空气悬挂结构优化目标模型(5.2)对电控空气悬挂结构进行优化分析。本专利技术针对悬挂结构及参数设计不合理导致的刚度曲线不理想，车辆姿态不一，调节困难等问题。在分析机电悬挂特性指标、影响因素、约束条件的基础上，提出了多目标的电控空气悬挂结构优化目标模型，并对其结构及参数进行了优化设计，系统地提出了满足设计要求的机电悬挂特性优化设计规则与评价方法。本专利技术体现了前期悬挂设计与后期实车行驶的多方面要求；结构优化规则与评价方法科学、可行，适用于摆动缸与固定缸式油气悬挂的结构优化设计与评价。附图说明图1悬挂等效刚度跟悬挂行程的关系曲线图2是机电悬挂机构简图。图3是压缩气体体积(V)跟悬挂行程(f)关系曲线。图4是平衡肘受力(Fp)跟悬挂行程(f)关系曲线图。图5是悬挂等效刚度(Kj)跟悬挂行程(f)关系曲线图。图6是悬挂等效刚度(Kj)跟悬挂行程(f)关系曲线图。图7是悬挂下限位状态下活塞与气缸轴向尺寸示意图。图8是电控空气悬挂结构优化流程图。图9是弹簧内部压力跟悬挂行程关系曲线图。图10是平衡肘受力跟悬挂行程关系曲线图。图11是弹簧支撑力跟悬挂行程关系曲线图。图12是弹簧内部空气体积跟悬挂行程关系曲线图。图13是平衡肘传动角跟悬挂行程关系曲线图。图14是悬挂等效刚度跟悬挂行程关系曲线图。图15是弹簧内部压力p与悬挂行程f关系曲线图。图16是悬挂下限位状态下悬挂结构示意图。图中：1-车体；2-空气弹簧；3-底甲板下平面；4-负重轮；5-地面水平线；6-平衡肘；7-履带；8-上安装轴；9-下安装轴。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。车辆电控空气悬挂优化特性评价方法，首先设置优化参数的搜索范围，然后依次进行弹簧与平衡肘大头干涉约束、弹簧上行程约束、弹簧下形成约束、弹簧内部压强约束，然后进行约束检查和加权求和后，输出最大结果。具体步骤为：(1)设置机电悬挂的优化参数范围机电悬挂机构简图如图2所示，图中机电悬挂相关尺寸几何意义和参数见表1，其中活塞杆中空内腔直径d1、长度h、活塞杆外径d2、气缸内径d3、气缸外径d4等需要优化的机电悬挂相关参数尺寸范围见表2。表1表2(2)确定机电悬挂特性及评价指标单个悬挂特性要求是要在保证满足总体结构参数与设计要求的情况下，使悬挂刚度曲线形状合理，悬挂的缓冲能力、减振设计要求与平衡肘受力效果均达到近似理想状态，具体的评价指标为：(2.1)总缓冲势量及总比位能总缓冲势量E可由(1)式表达：式中：pi为空气弹簧初始充气压力；Vi为空气弹簧初始充气时的气体体积；V为任意位置时空气弹簧内的压缩气体体积；Av为空气弹簧活塞杆有效面积；s,sd,ss分别为空气弹簧活塞行程、静行程、动行程；τ为压缩气体的多变指数，τ＝1.25。总比位能概念是针对整车的缓冲能力提出的，一般认为，其值越大，悬挂缓冲能力越强，悬挂发生悬挂击穿的概率越小。对于装备空气弹簧的单个悬挂系统，总比位能λt为动比位能λd与静比位能λs之和，λd、λs可分别通过(2)式、(3)式计算如下：式中:Gk为分配于第k个悬挂簧上重量；Fas为空气弹簧弹性力。(2.2)垂直振动周期相关书籍与实车试验实践均表明，坦克装甲车辆的振动频率越低，振幅越小，振动的加速度和速度越小，则坦克装甲车辆行驶的平稳性就越好。为此要求悬挂平均刚度要适当小一些(即悬挂稍软一些)，Z向垂直线振动周期Tz和绕横轴y的纵向角振动周期Ty要适当大一些。垂直振动周期可由(4)式估计：式中：m为整车簧上质量；Kk为第k个悬挂的垂直刚度；n为轮对数；在行动总体参数没有确定的情况下，对于单个悬挂的设计，垂直振动周期可采用(5)式来估计：式中：mk为需要优化计算的第k个悬挂所承担的负荷质量。由负重轮作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.车辆电控空气悬挂优化特性评价方法，首先设置优化参数的搜索范围，然后依次分析弹簧与平衡肘大头干涉约束、弹簧上行程约束、弹簧下形成约束、弹簧内部压强约束，然后进行约束检查和加权求和后，输出最大结果，具体步骤为：设置机电悬挂的优化参数范围确定机电悬挂特性及评价指标确定单个悬挂特性的结构影响因素分析约束条件在优化过程中发现，如果改变上支点位置，会使弹簧行程减小，并会导致内部干涉；其次，平衡肘受力效果、悬挂特性也不会达到最优，因此在对整个悬挂结构综合优化之前，有必要分析下列约束条件：（4.1）弹簧与平衡肘大头不干涉约束（4.2）弹簧动、静行程约束（4.3）弹簧内部压力约束（4.4）悬挂刚度（5）对悬挂结构进行综合优化具体步骤是：（5.1）建立电控空气悬挂结构优化目标模型（5.2）对电控空气悬挂结构进行优化分析。

【技术特征摘要】
1.车辆电控空气悬挂优化特性评价方法，首先设置优化参数的搜索范围，然后依次分析弹簧与平衡肘大头干涉约束、弹簧上行程约束、弹簧下形成约束、弹簧内部压强约束，然后进行约束检查和加权求和后，输出最大结果，具体步骤为：设置机电悬挂的优化参数范围确定机电悬挂特性及评价指标确定单个悬挂特性的结构影响因素分析约束条件在优化过程中发现，如果改变上支点位置，会使弹簧行程减小，并会导致内部干涉；其次，平衡肘受力效果、悬挂特性也不会达到最优，因此在对整个悬挂结构综合优化之前，有必要分析下列约束条件：（4.1）弹簧与平衡肘大头不干涉约束（4.2）弹簧动、静行程约束（4.3）弹簧内部压力约束（4....

【专利技术属性】
技术研发人员：雷强顺，汪国胜，王超，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11