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      基于AMESim的電子控制空氣懸架系統(tǒng)特性的分析

      2017-10-21 13:43:15林良高
      科技風(fēng) 2017年8期

      林良高

      摘 要:本文通過熱力學(xué)與流體力學(xué)對某種電子控制空氣懸架系統(tǒng)進行相關(guān)的數(shù)學(xué)模型搭建,基于AMESim軟件的功能進行元件與子模型的仿真搭建,同時對該空氣懸架系統(tǒng)的性能加以仿真模擬,仿真效果良好,并獲取剛度及阻尼特性,再通過試驗臺實踐性試驗,發(fā)現(xiàn)該模型能夠有效仿真電子控制空氣懸架系統(tǒng)的特性。

      關(guān)鍵詞:AMESim;電子控制;空氣懸架系統(tǒng);特性仿真

      目前,許多發(fā)達國家的大型客車基本全部使用了ECAS系統(tǒng),重型載貨車使用ECAS的比例也達到了85%以上,部分的轎車目前也逐漸開始安裝空氣懸架,而對于特種車輛,像救護車、消防車等則必須安裝空氣懸架。

      國外車輛空氣懸架經(jīng)歷了幾個主要階段的發(fā)展,ECAS的電子控制系統(tǒng)能夠讓車輛在不同路況的路面實現(xiàn)主動調(diào)節(jié)與控制,具有很高的適用性。而我國對空氣懸架的應(yīng)用水平目前還遠遠落后于國外,近幾年隨著高檔車數(shù)量的增多,人們開始重視汽車的舒適性,這才使得空氣懸架逐步在國內(nèi)應(yīng)用起來。

      由于電子控制空氣懸架系統(tǒng)的特性決定了車輛的安全穩(wěn)定性,因此,在對ECAS應(yīng)用之前進行全面的數(shù)據(jù)特性模擬分析具有重要意義。

      一、ECAS系統(tǒng)的簡介與特性分析

      ECAS誕生于1986年,由威伯科汽車公司發(fā)明,全稱為electronic-controlled air suspension,ECAS的制造與應(yīng)用讓全世界的車輛首次擁有電子控制空氣懸架系統(tǒng)。ECAS能夠讓車輛在路況較差的路段進行高度調(diào)整,減輕車輛震蕩的影響,同時能夠通過氣囊改變客車側(cè)門高度,有助于一些行動不便的乘客搭乘。

      (一)ECAS系統(tǒng)組成

      ECAS系統(tǒng)主要由電子控制單元、高度傳感器、電磁閥、氣囊等部件組成,如圖1所示。

      (二)ECAS工作原理

      它的基本工作原理是將高度傳感器安裝于車架上,通過擺桿與橋連接,當車身與橋高度變化時,高度傳感器內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,電信號傳至ECU,進而與設(shè)定高度比較,給出控制信號,通過氣囊的充放氣來實現(xiàn)車身高度的恒定。

      (三)ECAS功能特性

      1.底盤升降功能

      車輛行駛在一些復(fù)雜路段時,底盤過低可能會對車輛造成一些損害,ECAS能夠控制底盤的高度,保證底盤適應(yīng)路況,確保車輛行駛安全。

      2.調(diào)節(jié)過程加快

      通過采用截面較大的出氣口電磁閥,能夠有效降低調(diào)節(jié)速度,實現(xiàn)及時的調(diào)節(jié)控制。

      3.降低空氣消耗

      車輛振動行駛中會產(chǎn)生較大的空氣消耗,ECAS對機械高度閥的控制,能夠有效降低空氣消耗。

      (四)ECAS主要組成部件結(jié)構(gòu)原理

      1.懸架控制開關(guān)

      這是一種安裝于變速器操作桿周邊的雙翹板式開關(guān),主要有LRC開關(guān)與高度控制開關(guān)。其中LRC開關(guān)用于對減振器阻尼力以及蛋黃剛度的選擇,并且其操作狀況能夠從儀表盤中得到顯示;高度控制開關(guān),顧名思義是進行汽車高度控制的開關(guān),其操作狀態(tài)也能夠從儀表盤中得以顯示。

      2.轉(zhuǎn)向角度傳感器

      這是安裝于轉(zhuǎn)向軸的設(shè)備,通過光靈敏晶體管進行轉(zhuǎn)向信息的檢測,包括轉(zhuǎn)向角度與方向。其工作原理是槽孔圓盤轉(zhuǎn)動結(jié)合遮光器進光信號與開關(guān)信號的轉(zhuǎn)換。

      二、對某種ECAS系統(tǒng)的AMESim仿真模型建立

      (一)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

      1.空氣彈簧數(shù)學(xué)模型

      2.減振器數(shù)學(xué)模型

      減振器的運行過程中,分為壓縮與回彈兩個部分,除了液體流向相反,其余的原理形式均相同。在實際的運行中,減振器的活塞相對減振器油缸作向下垂直運動,容積受壓縮變小,油液一部分流入上腔,一部分流入回油腔,進而流入上腔,一部分通過流通孔流入補償腔,一部分流入阻尼調(diào)節(jié)器中,進而流入回油腔,在流入上腔。

      公式中對應(yīng)符號分別表示為:t時刻氣體壓力、氣體體積、補償腔油液流量、初始時刻氣體壓力、初始時刻氣體體積。

      (二)仿真模型的建立

      基于AMESim軟件進行元件選定,對以上ECAS數(shù)學(xué)模型進行系統(tǒng)仿真搭建,同時設(shè)立相應(yīng)的子模型,同時搭建空氣彈簧、可調(diào)阻尼減震器一系列部件模型,再通過調(diào)節(jié)電磁閥輸入信號,控制開閉。實驗中,對仿真模型施加0.05m振幅,頻率采用0.2-1.0Hz共五種。

      (三)仿真與試驗結(jié)果對比

      試驗發(fā)現(xiàn),一定頻率下,懸架系統(tǒng)有4種工況變化情況:

      仿真模型在單個周期內(nèi)減振器能量消耗的結(jié)果與試驗結(jié)果對比為下表:

      由此表可得,該模型能夠準確表達4中工況能耗的相連關(guān)系,其中,不通工況下能耗最多,全通工況下能耗最少,上通時減震系統(tǒng)回彈時與全通工況吻合,進而產(chǎn)生疊加效果,能耗巨大,下通工況與上通原理能耗情況基本相同。上通與下通時,單個周期能耗相差較小,在全通或不通能耗之間。在減振器阻尼力與速度的關(guān)系上,試驗發(fā)現(xiàn)震蕩速度越高,阻尼力越高。不通工況下阻尼力最大,全通下最小,上通與下通,分別在壓縮過程與拉伸過程阻力為最大值,相反在拉伸與壓縮過程為最小值。通過試驗分析可知,該仿真模型能夠較好反應(yīng)懸架系統(tǒng)能耗情況,準確表達懸架行程中間位置速度與阻尼力的關(guān)系,較強地反映出ECAS系統(tǒng)的剛度特性。

      三、結(jié)語

      通過對ECAS的結(jié)構(gòu)以及原理進行分析闡述,提出ECAS所具備的優(yōu)勢,并對某種ECAS系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建,進而基于AMESim系統(tǒng)進行仿真處理,通過對懸架系統(tǒng)減振器性能的試驗分析,對ECAS進行特性分析,得知該模型能夠有效對懸架剛度、阻尼特性等進行仿真。

      參考文獻:

      [1] 馬莉,等.減振器一體式空氣懸架的試驗及靜剛度特性研究[J].汽車技術(shù),2014(9):52-55.

      [2] 劉躍明,等.奔馳 W220 型空氣懸架系統(tǒng)分析[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車,2015(5):69-71.

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