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。     

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。     

基于惯质耦合振动作用的车辆ISD悬架性能研究

为研究惯容器与车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统耦合振动作用关系及其对悬架性能的影响,定义了惯质耦合系数,其表征了惯容器的质量阻抗与车身质量的耦合效应对悬架振动传递特性的影响程度。采用传递函数法和状态空间方程法分别建立了车辆1/4悬架的频域和时域模型,在此基础上仿真分析惯质耦合系数对悬架性能的影响。结果表明:与等刚度传统被动悬架相比,惯质耦合系数的增加可有效改善车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷在低频共振处的振动传递幅频特性,其幅频峰值分别降低了45.94%、37.5%和51.11%;车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷均方根值分别降低了5.41%、36.36%和6.19%,有效改善了车辆平顺性。     

基于准零刚度隔振器的车-座椅-人耦合模型动态特性研究

准零刚度隔振器能克服线性被动隔振器中存在的降低固有频率与提高承载力之间的矛盾,将准零刚度隔振器运用到汽车座椅的隔振中,建立了考虑准零刚度隔振器的8自由度车-座椅-人耦合动力学模型,采用数值法分析了此耦合动力学模型在受到路面冲击激励及随机激励下的动态特性。结果表明,当采用准零刚度隔振器作为汽车座椅悬架时,整车乘坐舒适性得到有效改善,汽车悬架行程及座椅行程在允许的行程取值范围内。研究内容对将准零刚度隔振器设计成汽车座椅悬架具有理论指导意义。     

基于最大功率传输理论的ISD悬架参数匹配方法

ISD悬架同时具有刚度、阻尼、惯容特性,与整车的匹配是车辆系统动力学面临的一个新问题。针对这一问题,根据机电相似原理,建立悬架系统的机械网络模型,基于最大功率传输定理,获得了ISD悬架与车辆匹配的一般规律,并通过悬架系统的传统建模方法进行验证,在此基础上,提出了一种ISD悬架参数的匹配方法。结果表明,基于最大功率传输定理的ISD悬架参数匹配方法,可以使悬架在车身偏频处以最大功率吸收来自路面激励产生的振动能量,确保车身吸收的能量最少,从而有针对性地抑制车身偏频处振动,提高车辆的乘坐舒适性。     

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。     

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。     

汽车悬架及司机座椅动态参数优化

汽车悬架及司机座椅动态参数对汽车行驶的平顺性有着重要影响。本文以八自由度三维空间质弹系统作为汽车振动系统的力学模型，用前后四轮路面随机激励作为系统输入，对车厢及司机座椅的输入功率谱进行分析，在此基础上对该模型的悬架及司机座椅动态参数进行优化，并给出悬架参数及司机座椅参数的优化结果。     

分数阶惯容悬架动态特性研究

采用分数阶微分理论描述液力式惯容器的力学特性，建立分数阶惯容悬架系统动力学模型。采用拉普拉斯变换方法研究分数阶惯容悬架系统在简谐激励下的动态响应，分析系统结构参数对悬架动态特性的影响规律，并结合数值解验证解析解的精确性。研究分数阶惯容悬架系统在随机路面激励下的动态特性，并与整数阶惯容悬架系统进行对比。结果表明相较整数阶惯容悬架系统，运用分数阶惯容悬架系统能进一步减小车身振动，提高系统动态特性。研究为将分数阶微分运用于惯容悬架系统提供理论指导。     

具有参数不确定性的车辆座椅悬架H∞输出反馈半主动控制

针对座椅悬架系统的参数不确定性和位移测量难题,基于线性矩阵不等式和H∞最优控制理论,建立了座椅悬架系统的参数不确定性H∞输出反馈控制器。控制器利用估计的状态采用鲁棒控制策略计算期望控制力。磁流变阻尼器的控制电压在满足半主动和极值约束条件下,比较期望控制力与当前阻尼力的大小,应用开关控制算法进行调整,使得磁流变阻尼器产生跟踪期望控制力的阻尼力。数值仿真结果证明,该控制器在仅利用座椅架的加速度作为测量输出进行状态估计,以及在座椅悬架系统具有参数不确定性的情况下,仍能有效地对座椅外部激励进行隔振,改善驾驶员的乘坐舒适性。     

基于滑模观测器的车辆半主动座椅悬架系统H∞最优控制

针对考虑人体模型的五自由度半主动座椅悬架系统,提出了一种基于滑模观测器的H_∞最优控制器。由于座椅悬架系统的未建模动态、参数不确定性和作动器未知输入在同一个通道内,所有扰动可视为集总干扰。通过结合低通滤波技术构造辅助变量,建立增广系统设计滑模观测器,成功实现了利用直接可测量加速度信息对集总干扰的估计,进而利用H_∞技术对滑模观测器估计误差和振动输入引起的干扰进行抑制。冲击工况和随机路面激励下的仿真结果表明：(1)滑模观测器能够精确估计座椅悬架系统的未知扰动;(2)带有滑模观测器干扰补偿的H_∞最优控制相较无补偿的H_∞控制和无控制,座椅悬架的性能指标与乘坐舒适性都有明显的改善。     

车辆磁流变半主动座椅悬架的研制

为了提高车辆驾驶员的乘坐舒适性,研制了一种基于磁流变减振器的半主动座椅悬架。分析了磁流变减振器基本原理和力学模型,建立了车辆半主动座椅悬架动力学模型,设计了用于座椅半主动悬架的模糊控制策略,并在正弦激励输入下进行了模糊控制仿真计算,试制了座椅用磁流变减振器物理样机及试验台架系统,开展了磁流变减振器阻尼特性试验和磁流变半主动座椅悬架台架试验研究。结果表明,理论仿真和试验结果基本吻合,磁流变减振器阻尼可控性好,所研制的磁流变半主动座椅悬架明显减小了座椅振动。     

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。     

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。     

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。     

磁流变阻尼器建模及在座椅减振中应用

车辆座椅系统对汽车平顺性以及驾乘人员的舒适性有着重要影响,磁流变阻尼器阻尼可控的特点可有效降低车辆在行驶过程中的振动。对座椅用磁流变阻尼器进行阻尼特性试验,使用遗传算法对阻尼器的Bouc-Wen模型进行参数识别。通过分析单自由度座椅系统的受力情况,建立车辆座椅悬架系统单自由度动力学模型,设计出用于座椅磁流变半主动悬架的开关天棚半主动控制策略并进行仿真。结果表明:使用遗传算法识别的参数及辨识出的模型均能满足要求。采用磁流变半主动座椅悬架后,相对于被动座椅悬架,座椅加速度峰值降低17.4%,座椅加速度均方根值减少13.1%,平顺性有明显的提高。     

液力惯容器特性研究

阐述了外置螺旋管式液力惯容器的基本结构及工作原理。考虑了液力惯容器的摩擦、流动压力损失、活塞惯性和流体的惯性,建立液力惯容器数学模型,并对该模型进行简化,同时对液力惯容器进行了摩擦力等准静态和动态力学特性试验,通过对其力学特性试验与仿真对比分析、阻尼力与惯性力量化关系分析,验证了螺旋管式液力惯容器数学模型的正确性,揭示了在较高频率激励下,液力惯容器可以等效为一个阻尼器与一个惯容器的并联结构,为后续研究液力惯容器特性参数影响规律以及在悬架中的应用奠定了基础。     

座椅悬架不匹配干扰估计全程滑模控制研究

针对含有人体动态的座椅悬架系统,通过合理选择状态变量及干扰变量,将地面激励建模成系统的一类可从控制通道输入的匹配干扰,同时考虑模型参数变化这一类不匹配干扰对系统的影响,基于滑模控制理论,设计了全程滑模切换函数;结合不匹配干扰估计器,构造了座椅悬架系统控制器;根据Lyapunov理论,证明了系统的鲁棒稳定性。利用座椅位移量和人体加速度量这两个可测输出量,设计了滑模观测器,实现了对状态变量的估计。仿真结果表明,相比于LQR和传统的滑模控制方法,带不匹配干扰估计的全程滑模控制方法可以使得座椅悬架系统在刚度系数和阻尼系数变化以及恶劣地况的情况下,获得更佳的动态性能及鲁棒性。     

带惯容器的非线性隔振器对双层隔振系统动态特性影响分析

在高静低动刚度双层隔振器中引入惯容器,建立双层隔振系统动力学分析模型,利用谐波平衡法计算得到隔振系统动力学特性和传递特性,讨论惯容器惯容值、水平弹簧预压缩长度、刚度、阻尼系数等器件参数对隔振系统隔振性能的影响。研究结果表明,惯容器能够形成反共振频率,降低隔振器的共振频率,使得隔振器具有更低的隔振频段,进一步改善隔振器低频性能;同时惯容器对于减小隔振器的质量,实现隔振器轻量化设计也具有重要的积极意义。此外,非线性隔振系统较之对应的线性系统在隔振性能上也有更好的表现。