基于AMESim的履带车辆底盘液压系统虚拟试验台模型开发

赵肖楠，熊庆辉，顾莉栋，宋林森

（1.长春理工大学机电工程学院，长春 130022；2.中国北方车辆研究所，北京 100072）

基于AMESim的履带车辆底盘液压系统虚拟试验台模型开发

赵肖楠1，熊庆辉2，顾莉栋1，宋林森1

（1.长春理工大学机电工程学院，长春 130022；2.中国北方车辆研究所，北京 100072）

通过对某履带车辆底盘液压系统工作原理的分析，利用仿真软件AMESim开发了虚拟液压系统试验台仿真模型，拟用该系统模拟液压系统在试验台环境下的压力，流量等工作状态量，并将其用于模型调用和各状态量的优化设计工作。其中部分部件通过局部仿真，选用功能模型替换详细模型，通过模型替换，可以大大减小主系统模型的计算量。

AMESim；液压系统；虚拟试验台；底盘

某履带车辆底盘液压系统为定量泵-溢流阀恒压控制方式，油泵机械功率来自发动机和传动部件，在不同的工作环境和工况下，液压系统的流量和压力输出都不一样，因此需要通过建立虚拟液压系统试验台仿真模型来完成系统的仿真和设计优化工作，以提高汽车底盘液压系统的工作性能和可靠性。

1 系统工作原理

该液压系统输入功率来自车辆发动机，主要通过高低压油泵、定压阀和管路附件来控制各功能子系统的供油压力和流量，为底盘关键功能子系统（也称负载，包括高压制动系统、转向系统、换挡机构、冷却风扇驱动、变速器润滑和液力变矩器供油等）提供液压动力和机油润滑。

为模拟各功能子系统的流量需求，试验台采用油缸、阻尼空和比例电磁阀来模拟液压系统的真实负载和边界条件，仿真模型和液压物理试验台保持一致，以便后期可以通过试验进行仿真结果的验证。试验台工作原理如图1所示［1-4］。

2 仿真模型开发

2.1 定压阀

图1中的RVx（x=1，2，3…）为定压阀，用于限定各支路的最大工作压力。定压阀的特性取决于其机械设计参数，对于系统的功能特性有显著影响。这部分采用AMESim中液压元件设计模型库（hydraulic component design，HCD）根据实际CAD结构搭建详细模型。以RV2为例，根据阀芯和阀座结构尺寸、定压弹簧的机械刚度和预紧力，建立详细模型如图2所示。

图1 虚拟液压系统试验台工作原理

图2 RV2详细物理模型

2.1.2 定压阀部件单独仿真

入口压力定义为10s内0～10bar递增，单独计算得到其定压特性（dp-Q），包括开启特性、流量压力梯度、饱和点和饱和特性。仿真结果如图3所示。

2.1.3 采用功能模型替换详细模型

选取AMESim中标准液压库（hydraulic lib）中的定压阀功能模型，按照RV2的特性设置参数，使其计算结果和HCD模型一致，那么该模型即可在主系统模型中替代基于HCD的定压阀模型。

2.1.4 替换结果分析

对比RV2的功能模型和HCD模型仿真得到的液压特性结果，如图3所示，开启压力和饱和点、饱和特性一致，仅在阀门流量压差梯度的二阶变化率上略有不同。

图3 RV2液压特性仿真结果

因此，可以近似采用RV2的功能模型替换详细模型，在保证仿真结果差异较小的同时，可以大幅提高计算效率。同理，以此方法应用到其他定压阀中，包括RV1、CV1、CV2、DRV、TCB等，功能模型替换详细模型。

2.2 润滑子系统

她的否认看上去并不积极，我告诉她：“我本来没有想到要来你们家，你知道吗？我又搬家了，我在帮着母亲整理厨房，帮着父亲整理书房，他们两个人把我使唤来使唤去的，让我厌烦极了，我是从家里逃出来的，本来我想去看看沈天祥的，可是前天我们还在一起，王飞和陈力庆我也经常见到他们，就是你们，我有很久没见了，所以我就到你们家来了，没想到林孟不在，我忘了他今天应该在工厂上班……”

润滑子系统用于轴承和机件的冷却和润滑，由润滑油道（pipe）、管接头（junction）、弯头（bend）、变径（transition）、喷孔（nozzle）等沿程和局部损失元件构成，其Pro/E模型如图4所示。

图4 润滑系统CAD模型

机油流过流阻元件后损失部分压力，流量越大，损失越大，不同的过流部件的Q-dp关系由流阻系数定义不同。在AMESim的液阻库（hydraulic resistance）中，汇集了描述流阻损失特性的局部模型，涵盖各类管接头、变径、弯头等常用管网附件，并给出了经由试验得到的流阻系数。

2.2.1 采用集中参数法建立管网流阻特性模型

根据3D管路模型，采用集中参数法［5］建立管网流阻特性模型，可以将管路内的液体视为一个集中质量，将管内的管网附件带来的阻力等视为集中在一处，建立润滑系统管网流阻特性集中参数模型如图5所示。

图5 润滑系统流阻特性集中参数模型

2.2.2 模型替换

设置模型的入口压力，按照0～2bar线性递增，计算系统总流量变化，可以得到润滑子系统的流阻特性，系统的流阻特性可以Q-dp的曲线形式表示，如图6所示。

由图6可以得到润滑系统的流阻特性，用饱和点（2bar，400L/min）来表示。同样借鉴模型替换方法，将润滑系统视作液压主系统的一个流量需求设备，其流阻特性可以采用阻尼孔等效。通过模型替换，可以大大减小主系统模型的计算量。

图6 润滑系统的流阻特性曲线

2.3 主系统模型

根据液压原理图建立主系统模型，实际管路采用固定容腔近似，对于稳态工况计算而言是可行的，如果关注点在系统的某个瞬态过程，则需要详细简历管路的模型。液压系统模型如图7所示。

3 仿真

3.1 仿真工况和观测量定义

定义仿真工况：热机稳态运行；发动机最大转速为3600rpm；油温为80℃；负载在0.2s后全开。观测量：负载流量。

3.2 仿真结果提取与分析

仿真后提取结果曲线如图8所示，图中各变量由表1定义。

图8 各负载流量仿真结果曲线

表1 负载流量仿真结果观测表

图7 液压系统AMESim模型

根据仿真结果分析得出：负载在0.2s后开启，流量需求随后达到稳态，或在稳态附近周期波动，部分负载如油缸满行程后，流量需求归零。

4 结论

采用AMESim软件对某履带车辆底盘液压系统进行开发，建立了虚拟液压系统试验台仿真模型，该模型可用于不同工况下对系统流量和压力的输出的模拟，并可进一步应用于优化计算。其中部分详细模型采用其功能模型替换，可以大大减少系统模型状态变量的个数，尤其对于后期系统优化计算所需要的多达数十次的采样仿真而言，可以极大提高了计算效率。

［1］肖岱宗.AMESim仿真技术极其在液压元件设计和性能分析中的应用［J］.舰船科学技术，2007，29（增刊）：142-145.

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

［3］唐毅，魏鑫，曹克强.基于AMESim的某型飞机液压系统仿真研究［J］.机床与液压，2007，35（6）：198-200.

［4］余佑官，龚国芳，胡国良.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用［J］.液压气动与密封，2005（3）：28-31.

［5］蒋亚军，胡军科，赵斌.泵—马达液压传动系统中的压力拍振分析［J］.噪声与振动控制，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

赵肖楠（1978-），女，硕士，讲师，E-mail：zhaoxn@cust.edu.cn

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