汽车悬架可变惯容与可变阻尼复合装置研究

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随着汽车悬架减振技术的不断发展,目前对车辆的行驶性能提出了更高的要求,半主动悬架逐渐成为了研究热点。半主动悬架相比于主动悬架具有更加节能、成本更低的优点,其性能相比于被动悬架更优,其中典型的是磁流变半主动悬架,目前已有多款轿车采用了磁流变半主动悬架。磁流变半主动悬架主要通过调节悬架阻尼大小改善共振区域的减振效果,但仅调控阻尼对悬架的减振效果改善有限,可采用增大簧载质量或降低悬架刚度等方法改善悬架减振性能。但增大簧载质量会使车辆变得笨重,减小弹簧刚度会降低车辆的承载能力。惯容器可以有效降低悬架系统的共振频率,同时不会影响悬架系统的承载能力,在提高悬架系统的减振性能上表现出较明显的效果。惯容器分为滚珠丝杠式、齿轮齿条式、液力式、液压式、少齿差行星齿轮式及摆线钢球扭转式等形式。其中,齿轮齿条式和滚至丝杠式惯容器是目前研究较多的两种形式;但是这两种惯容器中的背隙和摩擦问题较严重。液压惯容器由于没有机械摩擦和传动等问题,可避免出现以上问题。本文基于磁流变半主动悬架,引入液压惯容器,结合液压惯容器的调频特性以及磁流变阻尼器的耗能特性,研究汽车悬架可变惯容与可变阻尼复合装置的减振方法,提高半主动悬架的减振性能。本文以提高车辆悬架的减振性能为目的,以可变惯容与可变阻尼复合装置为研究对象,对可变惯容与可变阻尼复合装置的方案设计、理论建模、结构设计、实验测试以及可变惯容与可变阻尼悬架的系统仿真进行了探索性研究,主要涉及以下几个方面:(1)可变惯容与可变阻尼复合装置设计理论分析。以液压惯容器设计理论和磁流变阻尼器的变阻尼理论为基础,提出了液压式惯容器与磁流变阻尼器一体化的复合装置设计思路,确定了可变惯容与可变阻尼并联悬架的设计方案;基于液压惯容器与磁流变阻尼器设计理论,建立了复合装置的理论模型;基于理论模型,分析了阻尼系数、刚度系数及惯容系数三个参数对悬架系统的特性影响。(2)可变惯容与可变阻尼复合装置结构设计。根据复合装置的设计理论提出复合装置的实现方案;利用ANSYS软件完成了磁流变阻尼单元的磁场分析,考虑安装尺寸、输出力值以及加工成本等因素完成了复合装置的结构设计;根据复合装置的结构和模型,建立了复合装置的压差模型,利用MATLAB软件仿真分析了复合装置中各参数对压降输出的影响。(3)可变惯容与可变阻尼复合装置样机实验。研制了可变惯容与可变阻尼复合装置原理样机,完成了样机的示功实验,测试不同工况下复合装置的力学输出,验证了可变惯容与可变阻尼一体化实现方案的可行性和数学模型的准确性。(4)可变惯容与可变阻尼半主动悬架仿真分析。建立了可变惯容与可变阻尼半主动悬架的1/4动力学模型,进行了仿真分析,与传统的被动悬架以及传统的磁流变半主动悬架相比较,半主动悬架的减振性能得到了有效的提升,验证了可变惯容与可变阻尼半主动悬架设计方案的减振有效性。
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