基于惯容器-弹簧结构体系的车辆悬架结构设计与试验

为进一步拓宽应用惯容器的车辆悬架结构设计思路,基于"惯容器-弹簧-质量"系统反共振,以并联的"惯容器-弹簧"二元件为结构基础构建两种不同车辆ISD悬架结构。通过遗传优化算法获得悬架结构参数,在频域范围内对比分析传统被动悬架及Ⅰ、Ⅱ型悬架系统性能。结果表明,所建悬架结构可有效抑制车身偏频处振动。对性能较优Ⅱ型悬架进行试验研究,搭建含Ⅱ型悬架结构的车辆四分之一悬架试验台架,在随机路面输入下对悬架平顺性评价指标定量分析。悬架动行程均方根值提升16.24%,轮胎动载荷均方根值提升6.75%,车身加速度均方根值略有改善。表明该悬架结构能有效改善车辆的行驶平顺性与操纵稳定性。     

基于二元件ISD结构隔振机理的车辆被动悬架设计与性能研究

二元件ISD串并联结构是组成被动机械网络的基础单元,通过在单自由度系统中振动响应特性和系统参数影响的讨论,研究二元件ISD结构振动控制的隔振机理,提出二元件串并联结构的理想匹配关系和悬架结构设计的一般方法,由此设计出车辆被动ISD悬架结构,建立四分之一悬架模型,采用多目标遗传算法优化被动机械元件的参数,参照相应标准以加权车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷均方根值为指标,对比研究所设计的被动ISD悬架结构的工作性能。仿真结果表明,所设计的车辆被动ISD悬架结构与传统被动悬架相比,在悬架动行程均方根值基本一致的前提下,其加权车身加速度和轮胎动载荷均方根值能同时得到改善,并且有效降低了低频段车身共振偏频处各项指标的功率谱密度峰值,说明所设计的悬架结构可有效改善车辆的乘适性和安全性。     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

车辆主动惯容式动力吸振悬架系统研究

为解决作动器惯质对主动悬架性能不利,被动惯容式动力吸振悬架减振频段较窄的问题,提出了车辆主动惯容式动力吸振悬架构型和车身加速度补偿控制策略。通过对系统动态阻抗特性的解析,表明该方法能大幅削减悬架的簧载共振峰。研究了系统参数对平顺性三项指标的影响关系,说明加速度补偿系数应在空间允许情况下择大为宜,其他参数应折衷选取。通过数值仿真,对比了该悬架与理想动力吸振悬架、被动惯容式动力吸振悬架、传统悬架和主动天棚阻尼悬架的效果,结果表明该悬架能有效改善舒适性,克服作动器惯质的不利影响,且车身加速度补偿控制策略的算法简单、计算量较小,有助于降低成本并提高控制的鲁棒性和实时性。     

应用惯容器提升液压互联悬架性能的研究

为进一步改善车辆抗侧倾和抗俯仰的综合性能,将惯容器应用到液压互联悬架中,设计一种含有惯容器的液压互联惯容悬架。建立整车机械-液压耦合动力学模型,应用AMESim搭建模型对车辆抗侧倾与抗俯仰能力以及悬架系统关键参数对车辆性能的影响进行仿真分析。通过仿真分析得：相较于横向稳定杆和普通液压互联悬架,液压互联惯容悬架能够明显提高车辆的抗俯仰和抗侧倾能力,改善车辆操纵稳定性和安全性。液压系统各关键参数对车辆的侧向加速度无明显影响。系统初始油压、马达排量和飞轮转动惯量与车身侧倾角呈负相关,蓄能器初始气体体积与车身侧倾角呈正相关。     

车辆ISD悬架系统网络综合及性能分析

为进一步改善车辆的乘坐舒适性,将惯容器元件应用到车辆被动悬架系统,构建ISD悬架,利用网络综合方法确定ISD悬架结构。以车身加速度均方根值为优化目标,求解出ISD悬架的正实阻抗传递函数,然后用惯容器、弹簧、阻尼元件将之物理实现出来,建立1/4车辆悬架模型。采用多目标优化方法对ISD悬架参数进行优化,在此基础上,分析随机和脉冲激励下ISD悬架系统的综合性能。结果表明,与传统悬架相比,ISD悬架系统具有良好的动态性能,车身加速度均方根值减小了26.83%,1~3 Hz范围内有效抑制了车身垂直振动,改善了车辆在低频段的乘坐舒适性。     

应用惯容器提升液压互联悬架性能的研究

为进一步改善车辆抗侧倾和抗俯仰的综合性能,将惯容器应用到液压互联悬架中,设计一种含有惯容器的液压互联惯容悬架。建立整车机械-液压耦合动力学模型,应用AMESim搭建模型对车辆抗侧倾与抗俯仰能力以及悬架系统关键参数对车辆性能的影响进行仿真分析。通过仿真分析得：相较于横向稳定杆和普通液压互联悬架,液压互联惯容悬架能够明显提高车辆的抗俯仰和抗侧倾能力,改善车辆操纵稳定性和安全性。液压系统各关键参数对车辆的侧向加速度无明显影响。系统初始油压、马达排量和飞轮转动惯量与车身侧倾角呈负相关,蓄能器初始气体体积与车身侧倾角呈正相关。     

基于AHP的车辆主动悬架LQG控制器设计

基于层次分析法（AHP）设计了一种能够降低车身加速度（BA）、悬架动行程（SWS）和轮胎动位移（DTD）的车辆主动悬架线性最优（LQG）控制器。首先建立了2自由度1/4车辆主被动悬架动力学模型;然后采用AHP确定了悬架各性能评价指标的加权系数并利用最优控制理论设计了车辆主动悬架控制器;最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真分析。对仿真结果进行对比后表明：在特定工况下通过对加权系数的合理选取,BA、SWS和DTD比被动悬架分别减小了18.73%、22.22%和4.76%,且主动控制力的均方根值为535.3994N。     

随机激励下重载车辆空气悬架参数多目标优化

为提高车辆行驶平顺性、减小轮胎对路面的动载荷,以某重载车辆空气悬架系统为研究对象,建立四自由度1/2车辆多目标优化模型,提出改进的多目标自适应遗传算法对悬架参数进行优化。与一般遗传算法相比,车身垂向加速度、前后轮动载荷有效值约减小10%,目标函数值改善度降低57.03%。该方法不仅能提高车辆行驶稳定性,且可减小轮胎对路面的动载荷,已进一步证明该方法的有效性及可行性。     

基于Simscape的理想地棚阻尼被动实现方法研究

利用质量元件与惯容器之间的振动状态转换现象,提出理想地棚阻尼的被动实现方法,设计了被动地棚阻尼悬架,建立惯容器Simscape模型,采用物理拓扑网络方式构建整车Simscape模型,通过比较传统被动悬架、理想与被动地棚阻尼悬架系统性能,检验理想地棚阻尼被动实现方法的正确性与有效性。结果表明,被动地棚阻尼悬架系统能够抑制车轮共振,使轮胎动载荷均方根值减小30%以上,大幅提高了车辆的行驶安全性,与理想地棚阻尼悬架性能基本一致。     

电磁反力式混合型主动悬架的模糊控制方法

悬架系统是车辆的重要组成部分,对行驶平顺性和操纵稳定性等有着重要影响。全主动悬架能极大地改善车辆的行驶平顺性,但结构复杂且需消耗较多附加能量。本文研究了一种新颖的主动悬架——电磁反力式混合型主动悬架的模糊控制方法。根据该主动悬架的结构特点,建立了2自由度1/4车辆模型,通过动力学分析建立了其数学模型并提出了模糊控制策略。在MATLAB /Simulink环境下,对采用模糊控制的系统进行了仿真。结果表明：采用模糊控制的该主动悬架系统,时域内的车身加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷分别较被动悬架系统改善24.57%、8.33%、12.71%;较PID控制时也有明显改善;从车身加速度信号的频谱可以看出：模糊控制的该主动悬架与被动悬架相比,在分析的各频率下均大大降低了方均根值,轮胎共振频率处尤为明显,表明作动器的控制效果明显。     

轮胎非线性对悬架系统振动影响的研究

建立轮胎线性和轮胎非线性的两组1／4车振动模型，并在Simulink中进行了仿真，仿真的结果表明：1、轮胎的非线性在高频区域对轮胎动位移和车身加速度有一定的抑制作用；2、轮胎非线性项系数ks的增大会使车身加速度的标准差下降，轮胎动位移的标准差增大；悬架动行程的变化则较为复杂，但在ks大于2230000N／m^2时增长的幅度较快，造成悬架的安全性下降；3、该振动系统存在着次共振和倍周期分岔等复杂的非线性动力学行为。     

基于高阶阻抗传递函数的车辆ISD悬架优化设计与性能分析

为了探索应用高阶阻抗传递函数进行车辆ISD悬架结构设计时的性能提升效果。以双三次型阻抗传递函数作为研究对象,通过筛选应用机电惯容器的车辆ISD悬架的结构特征,利用无源网络综合理论的Foster变换,提出一种高阶阻抗传递函数的降阶转换方法;在1/4车辆悬架模型的基础上,利用改进的粒子群算法对系统的元件参数进行优化求解。仿真结果表明:应用高阶阻抗传递函数的车辆ISD悬架系统的隔振性能得到显著改善,其中,悬架动行程均方根值最多减小了20.63%,轮胎动载荷均方根值减小了11.22%。根据无源网络综合的最简实现判据,将降阶转换后的双二次传递函数进行网络综合被动实现,得到了具体的机械网络结构与等效的电网络结构,并给出了车辆ISD悬架系统的结构实现方案,进一步拓展了车辆ISD悬架工程化应用的思路。     

连通式油气悬架整车建模与平顺性优化

为改善某连通式油气悬架工程车辆的平顺性,基于7自由度整车数学模型,建立整车Simulink模型与液压系统AMEsim模型的联合仿真系统,将白噪声法生成的四轮相关路面时域模拟信号作为仿真激励,进行联合仿真分析。在确定车辆平顺性评价指标后,选择影响车辆性能的可优化悬架参数,建立目标函数和约束条件,应用改进的多目标遗传算法优化求解。将优化前后的参数值分别代入联合仿真模型,仿真结果显示,在50 km/h车速下,车身垂向加速度均方根值降低42%,车轮动载荷均方根平均值降低44.2%,悬架动行程均方根平均值提高32.6%;在不同车速下,车辆的平顺性均得到大幅提高。     

混合型主动悬架电磁反力作动器的匹配研究

针对由电磁反力作动器与被动悬架构成的混合型主动悬架系统,建立了1/4车辆模型,在 Matlab环境下计算了动力吸振器分别安装在悬挂质量和非悬挂质量时的车身响应特性,以分析作动器参数及不同安装位置对平顺性的影响。结果表明：电磁反力作动器布置在非悬挂质量环节比较有利,且存在一吸振器固有频率变化对车身加权加速度方均根值较小的区域。对作用在非悬挂质量环节的作动器,以吸振器状态进行了参数优化,并就混合型悬架与被动悬架的车身幅频特性进行了比较,分析了混合型主动悬架作动器与轮胎之间的力传递特性,指出用车辆不同路面下被动悬架的轮胎最大载荷,作为选择作动器控制能力的参考依据。     

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律,以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明:电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大,悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之,座椅加速度的影响较小;在考虑电机激励的综合作用下,非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型,尤其以轮胎动载荷最为显著;汽车系统的非线性参数中,悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大,悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之,悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。     

车辆非平稳行驶状态下的半主动悬架控制

在建立车辆非平稳行驶路面激励模型基础上,应用LQG最优控制对车辆非平稳行驶状态下的悬架进行了半主动控制研究,并与平稳行驶状态下的控制进行比较,分析了悬架性能指标的权重系数对悬架性能的影响。研究表明:车辆在加速行驶时,半主动悬架的车身加速度、车轮动载荷与无控制时相比有一定减小,悬架动挠度在非平稳态行驶状态下的控制响应与无控制时相比有明显的滞后。     

惯质系数对车辆ISD悬架系统频率特性的影响研究

研究了惯质系数的变化对ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统偏频与主频的影响及其作用规律。基于惯容器、弹簧和阻尼3个元件的排列组合和被动机械元件工作特点,列出10种可行的车辆ISD悬架;依据它们的无阻尼阻抗,将它们分类为4种类型的无阻尼悬架;对其中3类含惯容器的悬架进行深入分析,发现惯容器质量阻抗的引入和新型机械网络拓扑特性的影响,使得不同类型的悬架系统具有显著的偏频和主频的个数差异。仿真结果表明:提高惯质系数可有效降低各类悬架偏频与主频,使得主频脱离垂直方向人体最敏感的频率范围。同时可以发现随惯质系数的增大,惯质系数对偏频和主频的影响程度不断减小。     

混合型主动悬架电磁反力作动器的匹配研究

针对由电磁反力作动器与被动悬架构成的混合型主动悬架系统,建立了1/4车辆模型,在Matlab环境下计算动力吸振器分别安装在悬挂质量和非悬挂质量时的车身响应特性,以分析作动器参数及不同安装位置对平顺性的影响。结果表明:电磁反力作动器布置在非悬挂质量环节比较有利。对作用在非悬挂质量环节的作动器,以吸振器状态进行了参数优化,并就混合型悬架与被动悬架的车身幅频特性进行了比较,分析混合型主动悬架作动器与轮胎之间的力传递特性,指出用车辆不同路面下被动悬架的轮胎最大动载荷,作为选择作动器控制能力的参考依据。     

基于多轴连通式油气悬架的导弹发射车振动性能研究

针对多轴连通式油气悬架对某型导弹发射车的振动性能的影响,基于1/4导弹发射车的数学模型和AMESim软件分别搭建了连通式油气悬架和独立式油气悬架的仿真模型。分析了这两种油气悬架刚度特性;研究了连通式油气悬架在不同的激励作用下对导弹发射车的振动性能影响,并与独立式油气悬架的导弹发射车的振动性能进行对比。研究结果表明：连通式油气悬架的刚度小于独立式油气悬架;连通式油气悬架能够有效降低车身振动加速度,平衡车桥载荷,减小车辆对地的破坏性。