基于蒙特卡洛方法對油氣懸架參數的分析

王國寧　劉少軍

（1.裝甲兵技術學院吉林長春130117；2.65571部隊吉林四平136000）

基于蒙特卡洛方法對油氣懸架參數的分析

王國寧1劉少軍2

（1.裝甲兵技術學院吉林長春130117；2.65571部隊吉林四平136000）

基于建立連通式油氣懸架試驗臺，研究不同工況下各參數對油氣懸架的性能的影響。實驗中發現，油氣懸架系統未受激勵處于初始狀態時，系統壓力以及單向閥開啟壓力是一個波動狀態并非穩定值。文章建立了連通式油氣懸架數學模型與仿真模型，基于蒙特卡洛方法對油氣懸架參數存在的不確定性進行分析。分析結果表明，隨著參數的不確定性分布，響應結果也呈不確定性分布，不確定性分布均在試驗數據變化范圍之內。

連通式油氣懸架試驗臺仿真模型蒙特卡洛方法

前言

油氣懸架因其具有良好的非線性剛度和阻尼特性，能夠很好的提高車輛的行駛平順性和乘坐舒適性，被廣泛地應用在大型的工程車輛上，以提高其在惡劣條件下的工作能力。連通式油氣懸架因其獨特的性能近年來引起國內外廣泛的研究。油氣懸架的參數直接影響懸架的性能，有些參數的設計是可控的，如活塞有桿腔無桿腔的面積、阻尼孔單向閥的水力直徑、連接油管的長度。另一些參數，例如蓄能器內氣體體積與壓力、液壓缸內油液的初始壓力、單向閥的開啟壓力，在實驗測定的時候發現其值存在不確定性。這些數值在實驗選定的時候認為是處于穩定狀態的，然而它們本身是波動的，會對連通式油氣懸架性能存在影響。目前國內外關于參數對油氣懸架性能影響方面的研究有很多，國內仝軍令［1］非確定性參數對油氣懸架系統性能的影響，建立了油氣懸架系統2自由度1/4車輛模型的數學模型，研究了節流孔流量系數、油液動力粘度和氣體多變指數等非確定性參數對平順性、懸架動行程和輪胎接地性等懸架系統性能的影響；國外Dongpu Cao［2-3］設計并介紹了各種可能的連通式油氣懸架的連接方式，并對其進行分析希望以此建立一套系統的連通式油氣懸架的設計方案。但這些研究很少針對系統中存在的參數不確定性進行研究，文章設計了一種連通式油氣懸架，考慮各種相關因素的隨機性，將蒙特卡羅模擬方法應用于連通式油氣懸架參數對阻尼特性影響分析當中。［1］

一、利用蒙特卡洛方法對懸架參數分析

1.優化分析

在對連通式油氣懸架參數不確定性進行分析之前，基于amesim軟件對建立連通式油氣懸架仿真模型，仿真模型如圖1所示，以實驗數據為目標對模型參數進行優化。以初始系統壓力4Mpa、阻尼孔直徑為4mm、激勵信號為頻率1.5Hz的正弦函數、左右兩端信號輸入相位差為60°為例進行仿真優化分析。［2］

圖1　連通式油氣懸架仿真模型

為驗證單向閥開啟壓力的不確定性，將仿真模型系統初始充氣壓力設定為5Mpa、4Mpa、3Mpa、2Mpa四種情況，以實驗數據為優化目標，觀察單向閥開壓力的優化值。

2.蒙特卡洛分析

選定影響懸架性能的左右兩端蓄能器的初始壓力與充氣壓力與左右兩端單向閥開啟壓了為輸入的不確定參數，參數值偏差的設定是由實驗經驗獲得，通過實驗我們可以看出，在系統處于靜力平衡狀態下，系統壓力的波動范圍在0.1Mpa左右，單向閥開啟壓力波動范圍為0.05Mpa左右。考慮到運算時間和運算精度，將運算次數選定為200次，當參數存在不確定性時，輸出結果也呈不確定分布。

通過實驗對比我們可以看出，將參數設置成不確定分布經蒙特卡洛分析得到的數據與優化得到數據有一定的變化，壓力差稍大于優化后的數據，說明了這些參數存在的不確定性對懸架性能有一定的影響，但仍在試驗曲線的波動范圍之內。

二、結論分析

文章討論了連通式油氣懸架的參數的不確定性，并說明了液動力對單向閥開啟壓力的影響，通過仿真證明單向閥開啟壓力隨系統充氣壓力的增大會有增大的趨勢。通過蒙特卡洛方法對實驗過程中存在參數的不確定性進行分析，得到響應結果也呈不確定性分布。將分析數據與實驗、仿真優化數據進行對比，經蒙特卡洛方法得到的阻尼孔兩端壓力差會稍大于優化后得到的數據，但得到數據仍在試驗曲線波動范圍之內。

［1］仝軍令，李威.非確定性參數對油氣懸架系統性能的影響［J］.起重運輸機械，2007（11）：49-52.

［2］Dongpu Cao，Subhash Rakheja，Chun-Yi Su.Roll-and pitch-plane coupled hydro-pneumatic suspension.Part 1：Feasibility analysis and suspension properties［J］.Vehicle System Dynamics.2009：1-26.

［3］Dongpu Cao，Subhash Rakheja，Chun-Yi Su.Roll-and pitch-planecoupled hydro-pneumatic suspension.Part 2：dynamic response analyses.Vehicle System Dynamics.2009：1-22.