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。     

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.     

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.      

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.     

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。     

天棚惯容控制半主动悬架的性能分析

基于设计的连续可调惯容器装置,提出了一种效果相当于增加簧载质量的天棚惯容控制方法,利用Matlab/Simulink软件搭建传统悬架和天棚惯容悬架系统的1/4车辆模型,并对其性能进行对比分析,在此基础上,研究了可调惯容器寄生阻尼对悬架性能的影响规律.结果表明:与传统悬架空载相比,天棚惯容悬架偏频降低了33.0%,车身加速度和轮胎动载荷均方根值低频峰值分别减小了52.3%和35.5%,提高了空载状态下车辆的行驶平顺性,使车辆具有更好的空载、满载适应能力;可调惯容器寄生阻尼与惯容系数的比值越小,天棚惯容悬架性能改善越明显;天棚惯容控制能够解决天棚阻尼控制对车辆空载、满载适应能力差的问题.     

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.     

基于机电相似性理论的车辆机电悬架 动态性能研究

为了探索新型悬架的实现形式与隔振潜能,根据机电相似性理论设计了一种新型车辆机电悬架系统,以四分之一车辆悬架模型作为研究对象,搭建了悬架系统的动力学模型,给出了具体的结构实现方案,并采用鱼群算法对机电悬架系统中的元件参数进行优化求解。仿真结果表明,相较于传统被动悬架,新型机电悬架系统的隔振性能得到有效改善,其中,车身加速度均方根值减小5. 27%,悬架动行程均方根值减小22. 72%,轮胎动载荷均方根值也略有减小。最后,研究了电机电感与电阻对悬架动力学性能指标的影响规律,分析表明,当考虑电机电感与电阻因素时,悬架的动态性能指标均有所增加,其中,对车身加速度均方值影响较小,而对悬架动行程均方根值和轮胎动载荷均方根值的影响较大。台架试验结果进一步验证了理论分析的正确性。     

基于Speedgoat的半主动悬架模糊PID控制研究

作为半主动悬架最为核心的运行组件,磁流变液阻尼器的阻力性能可结合外界电流变化连续控 制。 对于该阻尼器为半主动悬架的控制,本文搭建了汽车半主动悬架系统仿真模型,给出了一类以 Speedgoat 为基础的半主动悬架模糊 PID 控制器,并通过模糊推理求解 PID 参数的调整系数,运行了基于 Matlab / Simulink 的模糊 PID 控制器的联合半实物仿真,利用 Speedgoat 在不同路面等级、不同速度下进行了 仿真试验。 试验表明:设计的基于 Speedgoat 的半主动悬架模糊 PID 控制器比起经典 PID 控制器有更优良的 控制性能,从而提高了车辆行驶平顺性和乘坐舒适性。     

新型工程机械驾驶室悬置系统建模与参数优化

为进一步提高工程机械驾驶室悬置系统的隔振性能,改善工程机械的乘坐舒适性,提出一种包含惯容器的新型工程机械驾驶室悬置系统,该系统由主弹簧、副弹簧、减振器以及新型隔振元件——惯容器等四个基本元件构成。为确定该新型悬置的最优结构参数,基于牛顿运动定律建立了工程机械全浮式驾驶室悬置三自由度动力学数学模型,确定了驾驶室悬置参数的优化目标及约束条件,并采用粒子群优化算法对工程机械驾驶室悬置参数进行了优化。仿真对比结果表明,基于最优参数的新型悬置系统可使驾驶室地板垂向振动加权加速度均方根值由0.42降低到0.33,降幅达21%,工程机械的乘坐舒适性得到了明显提高,研究将为基于惯容器的新型工程机械驾驶室悬置系统分析和改进提供理论基础和技术支持。     

蓄能悬架结构参数设计与试验研究

为了分析车辆蓄能悬架的动态性能,应用复域机械阻抗法建立了1／4车辆蓄能悬架系统动力学模型及其结构形式。针对蓄能悬架性能评价指标多、参数多的特点,利用多目标优化法确定了悬架结构参数,在此基础上对该蓄能悬架的性能进行了仿真分析以及台架试验验证。结果表明,理论研究与试验结果较为吻合,所设计的蓄能悬架系统结构简单,容易实现,且设计的悬架参数明显提高了车辆乘坐舒适性,协调了车辆综合性能,为蓄能悬架的应用研究奠定了一定的基础。     

基于耦合模型的轨道特种车辆悬架参数优化

基于车辆 轨道耦合动力学理论,建立了路轨两用消防车在轨道上行驶的车辆 轨道耦合模型,并与传统轨道车辆模型进行比较,通过实车试验验证了车辆 轨道耦合模型的正确性. 在此基础上,采用统一目标函数法对车辆悬架参数进行优化. 仿真结果表明,该优化设计方法使得车身加速度均方根值减小了626%,次级悬架动行程均方根值减小了542%,轮轨力均方根值减小了681%,提高了车辆平稳性,降低了悬架行程,削弱了轮轨间动作用力.     

基于电流变的半主动悬架动力学模型的仿真研究

设计了一个混合模式的电流变减振器，将其应用于1／4汽车半主动悬架系统，建立了基于新型电流变减振器的半主动悬架动力学模型，并对其进行了仿真研究，结果表明，该减顺具有良好的隔振性能。     

基于位置和力反馈控制的电动静液式主动悬架的仿真

 通过建立2自由度1/4车辆主动悬架模型和电动静液作动器模型,综合机器人柔顺性控制中阻抗控制的优点,分析其在液压式主动悬架的适用性,将位置反馈和力反馈控制应用于液压式主动悬架系统。设计了采用模糊控制的位置反馈控制器和力反馈线性控制器,并以阻抗控制跟踪车轮动载荷得到簧载质量位移修正量。利用Matlab/Simulink搭建B级路面和0.1 m凸起路面激励下的悬架系统模型。仿真结果表明,相对于被动悬架,其车身垂直加速度、悬架动挠度及车轮动载荷的均方根值均有所下降,该控制策略能较好地提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

基于遗传算法的带附加气室空气悬架多目标优化

以带附加气室的空气弹簧悬架为研究对象,按照物理模型建立带附加气室空气弹簧的数学模型,考虑到空气弹簧刚度的非线性,将该模型以空气弹簧非线性力的形式直接引入到1/4车辆模型。以提高车辆平顺性、行驶安全性及操纵稳定性的综合性能为目标,以附加气室容积为优化变量,设计带附加气室空气悬架的多目标优化模型;考虑到悬架性能各指标量在量纲与量级上的差异,对各指标量进行统一化处理,并采用线性加权和法将多目标函数转化为单目标评价函数。在MAT-LAB/Simulink中搭建系统仿真模型,采用遗传优化算法对典型工况下的最优附加气室容积进行寻优。优化结果表明,优化附加气室容积能有效提高悬架的综合性能,降低车身加速度、悬架动行程,但轮胎动载荷有所增加。     

基于平顺性和道路友好性的重型货车悬架优化

提出一种基于车辆动力学仿真的重型货车悬架系统多目标优化策略,可同时改善车辆的平顺性和道路友好性,从而缓解驾驶疲劳、延长道路使用寿命.基于车辆动力学原理在Matlab/Simulink平台上构建了10自由度钢板悬架重型货车-路面系统的动力学模型,选择与该车匹配的被动空气悬架并设计半主动空气悬架模糊控制器;仿真并分析钢板悬架车辆模型、被动空气悬架车辆模型、半主动空气悬架车辆模型的使用效果;以被动空气悬架作为进一步优化的对象,归纳其平顺性和道路友好性随阻尼系数的变化规律,从而得到使车辆综合性能最优的悬架阻尼系数.     

液电馈能式悬架的液压参数灵敏度分析与优化

为了在满足减振需求的同时提高悬架的馈能效果,对一种新型液-电馈能式悬架的液压系统参数进行了灵敏度分析和优化.在AMESim中建立了液-电馈能单元的仿真模型,并通过样机台架试验对仿真模型进行了验证.以ISIGHT为平台,在1/4车辆AMESim模型中,对影响车身加速度和馈能功率的5个液压系统参数进行了灵敏度分析.结果表明:液压马达排量对车身加速度和馈能功率均有显著的影响.以平顺性为约束,建立了提高馈能功率的优化模型,并对液压系统的参数进行了优化计算.结果表明:在满足车身平顺性的前提下,优化后的平均馈能功率提高了12.7%.     

性能需求驱动的电动汽车动力系统参数优化

为有效提高电动汽车的综合性能,提出了一种基于质量功能展开和正交试验法的动力系统参数综合设计与优化方法.首先,基于质量功能展开建立了满足顾客需求的车辆性能与技术特性的耦合模型,应用粗糙数和灰色关联法确定各技术特性的加权因子;然后,基于正交试验法,以车辆综合性能最优为目标构建了动力系统参数优化设计模型,应用灰色关联法获得车辆综合性能指标系数,进而确定最优解,并对各因素进行灵敏度分析;最后,基于Matlab平台建立了电动汽车动力系统参数的设计优化模型,并以某款电动汽车为实例进行了仿真优化.仿真结果表明,优化后的车辆综合性能提升了32.3%,证明了文中方法的有效性.     

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.     

半主动空气悬架阻尼准滑模变结构控制与试验

以某新型阻尼可调半主动空气悬架系统为对象,在研究该悬架系统结构与工作机理的基础上,建立了该悬架系统的整车动力学模型,设计了基于模型追踪的整车半主动空气悬架阻尼变结构控制系统,并利用D2P快速原型开发平台设计准滑模变结构控制器.搭建了基于MTS320型道路模拟机的整车半实物试验台架,进行了悬架性能的研究.仿真与试验结果表明:施加控制后,簧上质量加速度均方根值比阻尼状态为"全不通"工况时下降19.34%,比"全通"工况时上升2.65%;前、后悬架动行程均方根值比"全不通"工况时上升33.00%和10.00%,比"全通"工况时下降12.50%和8.33%,设计的准滑模控制系统有效地改善了车辆行驶平顺性和乘坐舒适性.