基于蒙特卡洛方法对油气悬架参数的分析

王国宁　刘少军

（1.装甲兵技术学院吉林长春130117；2.65571部队吉林四平136000）

基于蒙特卡洛方法对油气悬架参数的分析

王国宁1刘少军2

（1.装甲兵技术学院吉林长春130117；2.65571部队吉林四平136000）

基于建立连通式油气悬架试验台，研究不同工况下各参数对油气悬架的性能的影响。实验中发现，油气悬架系统未受激励处于初始状态时，系统压力以及单向阀开启压力是一个波动状态并非稳定值。文章建立了连通式油气悬架数学模型与仿真模型，基于蒙特卡洛方法对油气悬架参数存在的不确定性进行分析。分析结果表明，随着参数的不确定性分布，响应结果也呈不确定性分布，不确定性分布均在试验数据变化范围之内。

连通式油气悬架试验台仿真模型蒙特卡洛方法

前言

油气悬架因其具有良好的非线性刚度和阻尼特性，能够很好的提高车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性，被广泛地应用在大型的工程车辆上，以提高其在恶劣条件下的工作能力。连通式油气悬架因其独特的性能近年来引起国内外广泛的研究。油气悬架的参数直接影响悬架的性能，有些参数的设计是可控的，如活塞有杆腔无杆腔的面积、阻尼孔单向阀的水力直径、连接油管的长度。另一些参数，例如蓄能器内气体体积与压力、液压缸内油液的初始压力、单向阀的开启压力，在实验测定的时候发现其值存在不确定性。这些数值在实验选定的时候认为是处于稳定状态的，然而它们本身是波动的，会对连通式油气悬架性能存在影响。目前国内外关于参数对油气悬架性能影响方面的研究有很多，国内仝军令［1］非确定性参数对油气悬架系统性能的影响，建立了油气悬架系统2自由度1/4车辆模型的数学模型，研究了节流孔流量系数、油液动力粘度和气体多变指数等非确定性参数对平顺性、悬架动行程和轮胎接地性等悬架系统性能的影响；国外Dongpu Cao［2-3］设计并介绍了各种可能的连通式油气悬架的连接方式，并对其进行分析希望以此建立一套系统的连通式油气悬架的设计方案。但这些研究很少针对系统中存在的参数不确定性进行研究，文章设计了一种连通式油气悬架，考虑各种相关因素的随机性，将蒙特卡罗模拟方法应用于连通式油气悬架参数对阻尼特性影响分析当中。［1］

一、利用蒙特卡洛方法对悬架参数分析

1.优化分析

在对连通式油气悬架参数不确定性进行分析之前，基于amesim软件对建立连通式油气悬架仿真模型，仿真模型如图1所示，以实验数据为目标对模型参数进行优化。以初始系统压力4Mpa、阻尼孔直径为4mm、激励信号为频率1.5Hz的正弦函数、左右两端信号输入相位差为60°为例进行仿真优化分析。［2］

图1　连通式油气悬架仿真模型

为验证单向阀开启压力的不确定性，将仿真模型系统初始充气压力设定为5Mpa、4Mpa、3Mpa、2Mpa四种情况，以实验数据为优化目标，观察单向阀开压力的优化值。

2.蒙特卡洛分析

选定影响悬架性能的左右两端蓄能器的初始压力与充气压力与左右两端单向阀开启压了为输入的不确定参数，参数值偏差的设定是由实验经验获得，通过实验我们可以看出，在系统处于静力平衡状态下，系统压力的波动范围在0.1Mpa左右，单向阀开启压力波动范围为0.05Mpa左右。考虑到运算时间和运算精度，将运算次数选定为200次，当参数存在不确定性时，输出结果也呈不确定分布。

通过实验对比我们可以看出，将参数设置成不确定分布经蒙特卡洛分析得到的数据与优化得到数据有一定的变化，压力差稍大于优化后的数据，说明了这些参数存在的不确定性对悬架性能有一定的影响，但仍在试验曲线的波动范围之内。

二、结论分析

文章讨论了连通式油气悬架的参数的不确定性，并说明了液动力对单向阀开启压力的影响，通过仿真证明单向阀开启压力随系统充气压力的增大会有增大的趋势。通过蒙特卡洛方法对实验过程中存在参数的不确定性进行分析，得到响应结果也呈不确定性分布。将分析数据与实验、仿真优化数据进行对比，经蒙特卡洛方法得到的阻尼孔两端压力差会稍大于优化后得到的数据，但得到数据仍在试验曲线波动范围之内。

［1］仝军令，李威.非确定性参数对油气悬架系统性能的影响［J］.起重运输机械，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.