2级串联型ISD悬架频响特性分析与试验

基于"惯容-弹簧-阻尼"机械系统与"电容-电感-电阻"电子系统之间严格的对应相似关系,根据级联滤波的基本原理,以并联的弹簧和阻尼元件为第1级,并联的惯容器、弹簧和阻尼元件为第2级,提出了一种2级串联型"惯容-弹簧-阻尼"(ISD)车辆悬架.应用机械阻抗法建立悬架的1/4车辆模型,对悬架系统频响特性进行了仿真分析,设计了齿轮齿条惯容器装置及悬架原理样机,进行了悬架频域性能台架试验.结果表明:与传统悬架相比,2级串联型"惯容-弹簧-阻尼"车辆悬架具有良好的低频频响特性,使车身共振频率从1.3 Hz降到了0.8 Hz,车身加速度、轮胎动载荷及悬架动行程3者增益的低频共振峰值分别减小了52%,50%,15%,有效抑制了车身共振,提高了车辆的乘坐舒适性.     

理想天棚阻尼的被动实现方法

为解决理想天棚阻尼要求阻尼元件与惯性参考系相连的技术问题,利用"惯容-弹簧-质量"系统的反共振现象,提出一种理想天棚阻尼的被动实现方法. 将这种方法应用于车辆悬架,建立悬架的半车模型,分析悬架系统的频响特性,从理论上检验理想天棚阻尼被动实现方法的正确性与有效性. 结果表明,被动天棚阻尼悬架改善了车辆的低频频响特性,有效抑制了车身垂直和俯仰振动,提高了车辆的乘坐舒适性,实现了理想天棚阻尼悬架的主要功能.      

混联ISD悬架寄生阻尼和附加刚度对性能的影响分析

为了将混联ISD悬架工程化,提出一种液力惯容器和油气弹簧结合的混联ISD悬架设计方案.针对工程化过程中产生的寄生阻尼和附加刚度可能会恶化悬架性能的问题,建立包含惯容器寄生阻尼和油气弹簧附加刚度在内的1/4工程化混联ISD悬架模型.通过仿真计算,分析寄生阻尼和附加刚度对悬架性能的影响,并利用多目标优化方法,对寄生阻尼和附加刚度进行优化设计.结果表明,与混联ISD悬架相比,工程化混联ISD悬架的车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷功率谱密度低频共振峰值分别下降了9.1%,65.9%,11.8%,均方根值分别降低了1.6%,3.9%,1.1%.可见,在混联ISD悬架的工程化设计中,通过优化设计,将寄生阻尼和附加刚度控制在合理水平,能使工程化前后悬架性能基本一致.      

半主动油气悬架的神经网络模型参考控制

以提高平顺性为目的,针对油气悬架系统刚度及阻尼非线性的特点,提出了以天棚阻尼为参考模型的神经网络控制方法.建立了二自由度的非线性油气悬架模型,分析了控制系统结构以及神经网络辨识器和控制器的设计与实现.以D级路面作为随机路面输入,分别在满载和空载下,对控制器的性能进行仿真研究.仿真结果表明,神经网络模型参考控制能够有效地衰减车身振动,提高行驶平顺性;并对控制对象的参数变化有良好的适应性.     

液电耦合式车辆可控ISD悬架性能分析与试验研究

为了探索车辆可控ISD(inerter-spring-damper)悬架的实现形式与隔振潜能,提出一种液电耦合式车辆可控ISD悬架系统。首先,介绍新型液电惯容器的基本结构和工作原理,以车辆1/4悬架模型作为研究对象,搭建液电耦合式车辆ISD悬架的动力学模型。然后,以提升悬架综合性能为控制优化目标,设计基于液电惯容器的车辆ISD悬架单神经元PID控制器,应用多目标遗传算法对控制参数进行优化求解,在随机路面输入条件下仿真分析液电耦合式车辆可控ISD悬架的隔振性能。最后,研制新型液电惯容器试验样机,并搭建液电耦合式车辆可控ISD悬架试验台架,基于dSPACE进行半实物仿真试验。研究结果表明:与传统被动悬架相比,液电耦合式ISD悬架的车身加权加速度均方根下降了7.8%,悬架动挠度均方根下降了13.8%,悬架综合性能得到显著改善,为车辆可控ISD悬架的研究提供新思路。     

基于辨识模型的半主动悬架控制策略研究

依据悬架实体在ADMAS中建立1/4悬架模型并采用遗传算法辨识模型参数,得到了一个更能真实反映悬架性能的简化辨识模型.在此简化辨识模型的基础上分析了几种基于天棚阻尼原理的控制方法的特点,提出了一种基于免疫优化的混合阻尼半主动控制方法.仿真结果表明,基于免疫优化的混合阻尼半主动控制方法能够改善被动悬架的性能;在一定控制指标下,混合阻尼控制对被动悬架性能的改善优于天棚阻尼控制和地棚阻尼控制.     

基于整车的半主动油气悬架滑模控制研究

以提高平顺性为目的,针对油气悬架整车设计了以天棚阻尼为参考模型的滑模控制系统,对4个悬架的阻尼力分别进行控制,建立了非线性半主动油气悬架的七自由度整车模型,使被控车辆振动响应能够跟随参考模型.在Matlab环境中对滑模控制系统的性能进行了验证,仿真车辆以54km/h的速度行驶于D级路面,与被动油气悬架相比,模型参考滑模控制系统能够有效衰减簧载质量的垂向振动、俯仰振动和侧倾振动.结果表明,基于油气悬架整车的模型参考滑模控制系统对路面激励和车辆参数变化具有较强的鲁棒性,适合应用于非线性油气悬架阻尼控制.     

电动化底盘主动悬架系统高度与阻尼集成控制

为解决电动化底盘主动悬架系统车身高度或可调阻尼的单独控制问题,改善车辆的整车减振性能,提出了一种车身高度与可调阻尼集成控制的主动悬架集成控制系统,以空气包取代传统的螺旋弹簧,以阻尼分级可调的减振器取代传统减振器,车身高度控制在正常车高模式、车身升高模式和车身降低模式之间切换,可调阻尼控制在软压缩软回弹模式、硬压缩软回弹模式、软压缩硬回弹模式和硬压缩硬回弹模式之间切换。进行了不同模式下车速为60 km/h工况下的蛇行试验实车道路测试,并分析了主动悬架集成控制系统对整车动态特性的影响。结果表明,不同模式下的方向盘转角分别为74.515 0、69.603 2、66.315 8和65.890 7 deg,方向盘转矩分别为4.523 8、4.440 0、4.594 4和4.470 9 N·m,车身侧倾角分别为3.210 3、3.089 9、2.987 7和3.195 8 deg,车身横摆角速度分别为16.790 1、15.925 9、15.108 0和15.149 9 deg/s,侧向加速度分别为0.570 0、0.548 8、0.530 9和0.541 8 g;车身高度与可调阻尼集成控制系统实现了主动悬架系统与整车的良好匹配,提升了车辆的综合性能;验证了主动悬架系统集成控制策略及其结构设计的可行性。对车辆底盘集成控制系统的设计及控制策略的研究具有重要的理论研究价值和工程应用前景。     

半主动悬架LQR控制策略的仿真研究

为了设计适用于半主动悬架的控制方法,本文建立了1/4车辆模型的状态空间.并采用线性二次型最优控制策略(LQR),通过选取控制器的性能指标,从而确定了最优控制规律.并对可调阻尼减震器进行简化建模,利用Matlab/Simulink对LQR控制策略进行仿真.通过与传统被动悬架的仿真结果对比,证明与车辆舒适性相关的参量有明显优化.这种方法较好地达到了控制目标,提高了车辆性能.     

半主动悬架可调阻尼减振器及其控制时滞研究

研制了一种用于汽车半主动悬架系统的可调阻尼减振器，试验结果显示该减振器的阻尼调节性能达到半主动悬架控制要求．提出了一种基于天棚阻尼控制原理的新方法，可根据汽车的实际行驶情况灵活地控制车身振动加速度和车轮动载，从而实现预期的控制目标．探讨了可调阻尼减振器的驱动机构动作时滞和阻尼切换时滞对半主动悬架系统控制效果的影响．结果显示：驱动机构在120ms以上的时滞对车身振动加速度和车轮动载荷均有不利影响；减振器阻尼系数切换时的变化速度过快或过慢都对控制效果不利，     

含惯容器的两级汽车悬架振动性能

在机电相似理论的基础上,基于“惯容器”具有与“电容器”相类似的通高频、阻低频的特性,建立了每一级中均含有“惯容器-弹簧-阻尼器”(inerter-spring-damper,ISD)的两级ISD悬架系统的单轮车辆模型.仿真分析了汽车悬架的惯质系数对两级ISD悬架系统传递特性的影响,在频域和时域内分别探讨了随机和脉冲输入下汽车悬架系统的动力学响应.研究结果表明:在满足车身加速度增益的要求下,适当提高惯质系数可以改善两级ISD悬架系统的减振性能.两级ISD悬架具有比经典ISD悬架更好的低频减振性能.与传统被动悬架相比,两级ISD悬架具有更好的综合减振性能.     

车辆悬架系统的优化设计与动力学特性分析

为了提升含减振元件惯容器的车辆悬架系统的综合减振性能,建立了含有减振元件惯容器、弹簧、阻尼器的车辆悬架系统模型.采用遗传算法对悬架参数进行优化,基于振动功率流理论对减振元件衬套进行优化选型.通过对车辆悬架系统动力学模型进行数值求解,探究了参数优化前后车辆悬架系统的动力学响应,探讨了衬套参数对功率传递的影响.研究结果表明,相比原始设计参数,采用优化算法得到的参数能够有效改善车辆悬架系统的综合减振性能,理论计算与仿真数据的结果相互验证了所建模型的正确性,衬套的优化选型有助于进一步提高车辆悬架系统的减振性能.     

汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制的方法

汽车悬架系统的设计必须满足行驶平顺性和操纵稳定性的要求，传统的被动悬架系统巳无法从结构设计上使车辆具有良好的行驶性能，而半主动悬架通过调整悬架阻尼，使得它可以很好地满足车辆行驶过程的需要，因此受到车辆工程界的广泛重视，建立4自由度1/2车辆模型，导出了系统的非线性状态方程；采用模糊方法控制汽车半主动悬架的阻尼，研究了一种新型的模糊控制系统，以前后轴的可调阻尼值作为输出量控制悬架，并设计了模糊控制规则，通过计算机仿真验证了这种控制算法的有效性，为汽车台架实验提供理论依据。     

整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略

目前主流的整车悬架天棚阻尼控制思想是基于物理思维,对四分之一天棚阻尼悬架模型进行推广,从而忽视了经典天棚阻尼控制策略背后的数学原理。针对上述问题,从数学原理角度,提出全新的整车悬架天棚阻尼控制策略。提出运用模态解耦的方法对多自由度耦合的整车悬架系统进行解耦,对解耦后各独立的模态振动进行天棚阻尼控制,符合经典天棚阻尼控制针对单自由度振动系统的思想。对各模态振动系统控制时,提出利用临界阻尼的优越性选取天棚阻尼系数。后将各模态耦合以实现该策略在实际中的运用。在四轮相关路面输入激励下,对整车天棚阻尼主动悬架与整车被动悬架进行时、频域仿真分析,结果表明所提出的整车主动悬架天棚阻尼控制策略对车身三个自由度的运动响应改善效果明显,对车轮的接地性影响较小。     

整车主动悬架系统天棚阻尼控制策略研究

目前主流的整车悬架天棚阻尼控制思想是基于物理思维,对四分之一天棚阻尼悬架模型进行推广,从而忽视了经典天棚阻尼控制策略背后的数学原理。针对上述问题,从数学原理角度,提出全新的整车悬架天棚阻尼控制策略。提出运用模态解耦的方法对多自由度耦合的整车悬架系统进行解耦,对解耦后各独立的模态振动进行天棚阻尼控制,符合经典天棚阻尼控制针对单自由度振动系统的思想。对各模态振动系统控制时,提出利用临界阻尼的优越性选取天棚阻尼系数。后将各模态耦合以实现该策略在实际中的运用。在四轮相关路面输入激励下,对整车天棚阻尼主动悬架与整车被动悬架进行时、频域仿真分析,结果表明所提出的整车主动悬架天棚阻尼控制策略对车身三个自由度的运动响应改善效果明显,对车轮的接地性影响较小。     

ISD悬架的一体化设计与分析

为提高某样车隔振性能,探讨"惯容器—弹簧—阻尼"(ISD,Inerter-Spring-Damper)悬架一体化集成技术的实现方法,设计一款ISD一体化悬置,分析了三元件的设计过程,并建立三自由度四分之一模型,对比了传统悬置和ISD悬置振动响应仿真结果。结果表明,相比于传统悬置,ISD悬置的驾驶室加速度、悬置动行程和车体加速度分别降低了3.27%、21.05%、0.773%。可见,ISD悬置是一款性能优异、易于工程布置以及可广泛应用的ISD一体化悬架系统,能有效提高隔振性能,可实现弹簧、惯容器、阻尼元件同轴一体化的设计目标。     

车用油气悬架的外置可调阻尼阀特性研究

设计了一种阻尼可调的外置阻尼阀,分析了其工作原理、内部结构和阀元件性能.根据流体连续性方程、运动微分方程以及伯努利方程等,从理论上研究了该阻尼阀的阻尼特性,通过仿真分析了其结构参数对阻尼特性的影响.建立了外置可调阻尼阀数学模型,并通过台架实验对数学模型进行了验证.实验结果表明,所设计的外置可调阻尼阀可实现油气悬架阻尼力的三级调节,能够满足车辆悬架系统动态特性的需求;台架实验结果与仿真结果吻合良好,该数学模型能够正确反映阻尼阀的特性.     

应用新型蓄能悬架半车模型的动态性能仿真

为解决车辆主动、半主动悬架能耗较大的问题,进一步探索应用惯容器的蓄能悬架隔振性能优势,提出了一种由2个弹簧元件(主弹簧、副弹簧)、1个阻尼元件和1个惯容器组成新型蓄能悬架结构。建立了应用新型蓄能悬架的半车动力学模型,为有效避免遗传算法容易未成熟收敛的缺陷,采用多种群遗传算法(MPGA)对该新型蓄能悬架参数进行优化求解。时域仿真结果表明,应用新型蓄能悬架的车身垂向加速度均方根值降幅最多可达11.2%,车身俯仰角加速度均方根值降幅最多可达13.2%,悬架动行程均方根值及轮胎动载荷均方根值也均略有降低。新型蓄能悬架结构简单,无需外部能量输入即可使汽车乘坐舒适性及操纵稳定性得到明显改善。     

油气平衡悬架可调阻尼阀外特性的设计

针对油气平衡悬架幅频特性的特点,提出了其阻尼外特性非线性设计的原则.以提高整车的瞬态响应特性、平顺性、车轮接地性为目标,对某油气平衡悬架可调阻尼阀外特性进行了稳健性设计.结果表明,合理设计可调阻尼阀大阻尼状态下开阀前阻尼系数,可以提升车辆的操纵性和状态转换时的舒适性;应用田口方法设计了大、中、小三级阻尼阀外特性参数,使悬架的性能更加稳健.     

基于新型减振支柱的半主动悬架特性研究

为了解决传统半主动悬架减振器有限的阻尼调节范围很难满足所有控制策略要求的问题,提出了刚度和阻尼偶联可调的一体式悬架减振支柱结构。介绍了该减振支柱的结构组成、阻尼和刚度的调节原理与耦合关系,分析了新型减振支柱的非线性刚度和阻尼特性。建立了采用新型减振支柱的二自由度半主动悬架系统模型,运用MATLAB/SIMULINK对半主动悬架模型进行仿真计算。根据仿真结果得到了路面条件、车速、悬架阻尼和空气弹簧初始气压对半主动悬架性能的影响规律。仿真结果显示:在三种典型路面和车速工况下,当减振器的阻尼状态为"高"、空气弹簧的初始气压为0.4 MPa时,半主动悬架的车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程分别比原车被动悬架至少降低6%、10%和18%。表明采用新型减振支柱的半主动悬架可以根据车辆行驶工况,对减振支柱的刚度特性和阻尼特性进行匹配,实现降低车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程的目标,从而改善车辆行驶平顺性、行驶安全性以及机动性。