基于AMEsim的汽车减振器DOE分析

侯立鹏，田国红，秦玉英，燕东旺

基于AMEsim的汽车减振器DOE分析

侯立鹏，田国红，秦玉英，燕东旺

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121000）

减振器的结构形式影响着减振器的特性，而且车辆的乘坐舒适性受到减振器的外部特性直接影响。因此优化减振器结构参数对提高汽车平顺性就十分必要，文章就基于AMEsim汽车减振器模型利用AMEsim中DOE分析模块，对模型中多个结构参数进行DOE分析，得出参数对阻尼力影响程度PARETO图。通过分析得出对减振器阻尼影响较大的结构参数，为以后的减振器优化分析奠定基础。

汽车减振器；AMEsim；DOE分析；优化分析

前言

当汽车行驶在道路上时，路面的激励会使得乘客和驾驶员因受到车身姿态改变而引起不舒服的感觉。将车轮连接到汽车车身的悬架系统将车轮获得的能量传递给汽车车身，同时减少车身振动，增强平顺性和舒适性。作为最重要的汽车组件之一，悬架系统起到对不平整路面所引起的冲击进行抑制和减缓。减振器通过自身阻尼特性消耗来自地面的能量。为了使车辆具备较好的性能，减振器应根据不同标准进行设计和调整[1]。

减振器的结构形式影响着减振器的特性，而且车辆的乘坐舒适性受到减振器的外部特性直接影响，因此优化减振器结构参数对提高汽车平顺性就十分必要。

1 AMWsim减振器建模

减振器作为一种液压形式的机械结构，所以可以使用AMEsim中的HCD，即液压元件设计库进行建模，活塞作为减振器主要的阻尼力来源元件，经减振器分为上下腔（复原，压缩腔）。HCD库中带有杆和不带杆的油缸模型可以模拟上下腔（复原，压缩腔），但还需要利用可变体积模块模拟缸内因活塞运动导致的体积变化，减振器中的泄露和摩擦利用HCD库中的泄露和摩擦模块。高速调节阀因其有着较大的刚度，且阀片刚度具有可变性，阀片的开阀速度会随着受到得压力不同而产生变化。因此利用 HCD 库中的锥形座球形阀模块来模拟高速调节阀，并利用机械库中的弹簧模块选择可变弹簧子模块，将其来模拟阀片的可变刚度[2]。

根据上述减振器子模块的模型建立，在AMEsim草图界面放入油液添、气体以及管路等元件模型，将各个元件模型进行原理连接，最后建成减振器整体模型见图1所示。

图1 减振器AMESim模型

2 子模型选取

在 AMESim 平台中每一个元件模型都会对应着对个不同类别的子模块，每个模块针对不同情况进行应用。根据数学模型以及参数的要求对子模块进行选择。减振器子模型的选择如表1所示，没有列出的子模型表示选择系统默认子模型。

表1 部分子模型选择表

序号模型元件子模型 1工作缸上腔BRP17 3工作缸下腔BRP18 4容性元件BHC11 5复原阀组件BAP24/MAS005/SPR003A 6复原阀常通孔BH0011 7活塞孔BH0013 8流通阀RV000 9底阀孔BH0013 10压缩阀常通孔BH0011 11压缩阀组件BAP24/MAS005/SPR003A 12补偿阀RV000 13储油缸BAP11 14油液属性FP04

各子模型参数设置如下：

AMEsim在草图模式下建立好模型，可以进入到参数模式下，对个元件模型进行设置参数，减振器主要得参数为工作缸和储油缸内外径、阀片刚度曲线和最大升程、活塞和活塞杆直径、活塞常通孔个数及尺寸等[3]。如表2所示。

表2 部分子模型参数

元件名称参数值 工作缸直径/mm30 活塞孔直径/mm2 活塞直径/mm20 活塞杆直径/mm20 复原阀常通孔直径/mm0.5 压缩阀常通孔直径/mm0.6 复原阀的最大升程/mm0.4 压缩阀的最大升程/N0.4 复原阀预紧力/N125 压缩阀预紧力/N50 预充气体压力/MPa0.4 油液运动粘度/Pa.s20.76 油液体积模量/MPa17 000 油液密度/(kg/m3)845

3 仿真分析

参照减振器试验标准对所研减振器进行示功机，设置试验与仿真激励为正弦波激励，行程为50 mm，输入速度与频率见表3所示。

表3 激振参数表

行程/mm速度/（m/s）频率/Hz 1000.980.32 1000.1970.65 1000.2960.93 1000.3951.26 1000.5891.95

采用批处理方法，运行得到减振器多工况下示功图如图2所示，使用MTS示功机试验得到的减振器示功图如图3所示。仿真与试验得到的曲线结果进行对比，曲线基本吻合，验证了 AMEsim 减振器液压模型的正确性。

图2 仿真示功图

图3 试验示功图

4 基于AMEsim的减振器模型DOE分析

（1）打开模型，在参数模式下设置输入输出参数：F1、F2为复原阀，压缩阀预紧力；D1，D2为复原阀，压缩阀常通孔直径；MIDU、NIANDU为油液密度和粘度；C为活塞间隙；FU为活塞孔直径。YA为底阀孔直径[4]，如图4所示。

图4 输入输出参数设置

（2）进行研究设置如图5所示，DOE技术选择全因子（Full Factorial），设置输入参数范围如图6所示。

图5 DOE研究设置

图6 输入参数范围

（3）启动运行仿真，在时间历程中可以对过程进行实时监测可以看出运行是否正确，当发生报错时，立即停止，查看运行日志解决错误。运行结束后，选择PARETO，如图7所示。

图7 PARETO图

从图中可以分析出，对减振器阻尼力的影响较大有F1、F2、C、D1、D2。

5 结论

由以上仿真结果和分析可知，对减振器阻尼特性影响较大的为F1、F2、C、D1、D2。之后可以针对提取出来的参数进行减振器的优化设计。

[1] Dongpu Cao, Xubin Song, Mehdi Ahmadian. Editors'perspectives: road vehicle suspension design[J].dynamics,and control,2011,49(1- 2):3-28.

[2] 褚金丽.某车型减振器特性分析及其对汽车平顺性影响的研究[D].武汉:武汉理工大学,2018.

[3] 田雪.基于能量耗散理论的减振器性能评价方法研究[D].锦州:辽宁工业大学,2017.

[4] 马天飞,崔泽飞,张敏敏.基于AMESim双筒叠加阀片式充气减振器建模与仿真[J].机械工程学报,2013,49(12):123-130.

DOE Analysis of Automotive Shock Absorber from AMESim

HOU Lipeng, TIAN Guohong, QIN Yuying, YAN Dongwang

( School of Automobile and Traffic Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121000 )

The structure of the shock absorber affects the characteristics of the shock absorber, and the ride comfort of the vehicle is directly affected by the external characteristics of the shock absorber.Therefore, it is very necessary to optimize the structural parameters of the shock absorber to improve the ride comfort of the car. Based on the AMESim model of the car shock absorber, this paper uses the DOE analysis module in AMESim to conduct DOE analysis on multiple structural parameters in the model, and obtains the Pareto diagram of the influence degree of parameters on the damping force.Through the analysis, the structural parameters which have great influence on the damping of the shock absorber are obtained, which lays a foundation for the optimization analysis of the shock absorber in the future.

Automobile shock absorber;AMEsim;DOE analysis;Optimization analysis

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.036

U467

B

1671-7988(2021)21-139-03

U467

B

1671-7988(2021)21-139-03

侯立鹏（1995—），男，硕士研究生，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院，研究方向：汽车系统动力学。

辽宁省教育厅项目（JJL201915411）：主动悬架控制策略及整车建模与性能。