【摘 要】
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惯容器作为一种较为新型的机械元件,由于具备较好的低频隔振性能,在诸多涉及隔振的工程领域获得了广泛的研究,尤其在汽车隔振领域具有较为明朗的应用前景。但是惯容器存在高频隔振不理想的问题,因此可控惯容技术的开发以及其在汽车悬架中的匹配成为了汽车隔振领域的新课题。本文根据液力式惯容器以及油气悬架的结构和性能特点,设计了一种新型的油气-惯容悬架系统,并对其进行参数优化设计和半主动控制研究。通过软件仿真与试验
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惯容器作为一种较为新型的机械元件,由于具备较好的低频隔振性能,在诸多涉及隔振的工程领域获得了广泛的研究,尤其在汽车隔振领域具有较为明朗的应用前景。但是惯容器存在高频隔振不理想的问题,因此可控惯容技术的开发以及其在汽车悬架中的匹配成为了汽车隔振领域的新课题。本文根据液力式惯容器以及油气悬架的结构和性能特点,设计了一种新型的油气-惯容悬架系统,并对其进行参数优化设计和半主动控制研究。通过软件仿真与试验分析该悬架系统的综合性能和空间布置的可行性。本文的主要研究内容如下:第一,根据新型油气-惯容悬架的工作原理建立其非线性数学模型,并通过仿真软件对其悬架输出力特性进行影响因素分析,凝练出影响悬架性能的主要技术参数,进一步通过悬架外特性试验验证模型的有效性,为进一步的研究提供理论基础。第二,根据基值状态的油气-惯容悬架的1/4车模型,结合车辆振动理论和国际ISO标准,采用序列二次规划法对本文设计的油气-惯容悬架的重要结构参数进行优化设计。仿真结果表明,优化后的油气-惯容悬架较优化前车身加速度均方根值的降幅为19.6%,悬架动行程均方根值的降幅为23.5%,轮胎动载荷均方根值的降幅为10.2%,优化效果较为理想。第三,进行油气-惯容悬架系统的半主动控制研究。首先对悬架的非线性模型进行线性化处理和模型等效化处理从而与线性控制理论相匹配。同时,基于LQG最优控制理论,搭建了LQG控制器框架,并通过遗传算法优化了控制器中的各个重要参数。最后以采用天棚控制的半主动油气悬架为对比目标,通过AMESim仿真软件,对本文设计的半主动油气-惯容悬架进行时域和频域上的性能对比分析。结果显示,在凸块路面输入下,半主动油气-惯容悬架可以有效降低各动力学响应的峰峰值;在随机路面输入下,半主动油气-惯容悬架的各项性能指标相比普通半主动油气悬架均有不同幅度的提高。第四,开展半主动油气-惯容悬架的硬件在环试验,以采用天棚控制的半主动油气悬架为比较对象,分别进行正弦输入试验和随机输入试验,验证半主动油气-惯容悬架性能优越性与工程可行性。不同频率的正弦输入试验显示,半主动油气-惯容悬架的车身加速度在6Hz～15Hz的范围内有着显著的优化效果,而轮胎动载荷在9Hz～15Hz的范围内优化显著,悬架动行程虽然在2Hz～5Hz的范围内存在小幅恶化,但在其他频率范围内都有一定的优化效果;B级路面的随机输入试验显示,半主动油气-惯容悬架在车速为30km/h、40km/h、50km/h下车身加速度均方根值分别优化了14.9%,21.4%,28.3%;悬架动行程优化了7.7%,10.5%,10.0%;轮胎动载荷分别优化了11.4%,12.1%,11.9%。并且该悬架系统结构紧凑,空间布置灵活,利于工程实施。
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