电液馈能互联悬架侧倾与俯仰协调优化

针对复合变工况下,侧倾与俯仰模式的电液馈能互联悬架(Electro-hydraulic Energy Regeneration Interconnected Suspension,EERIS)协调优化问题,设计一种包含环境选择策略的高维多目标粒子群优化算法。建立EERIS减振器阻尼力模型,通过试制样机进行模型试验验证并分析其参数变化在侧倾与俯仰模式下的影响规律;融合全局排序规则与全局密度估计方法,设计高维多目标粒子群优化算法;通过仿真对比EERIS优化前、单独优化侧倾模式后、单独优化俯仰模式后、协调优化侧倾与俯仰模式后的性能参数响应及均方根值。结果表明:复合变工况下,协调优化后的性能参数响应峰值降低;簧载质量加速度均方根值降低10.77%,侧倾角加速度均方根值降低24.77%,俯仰角加速度均方根值降低25.05%,提高车辆的平顺性与抗侧倾、抗俯仰能力;悬架动挠度均方根值降低7.9%,轮胎动载荷均方根值降低3.79%,车辆的操纵稳定性得到改善。

四级阻尼可调式液压互联悬架系统性能研究

提出一种新型四级阻尼可调式液压互联悬架(FDAHIS)系统。FDAHIS系统在被动液压互联悬架系统的阻尼阀上并联了两个常通孔面积不同的电磁开关阀,通过反馈控制策略控制电磁阀开闭状态,调节系统液压流量,从而实现阻尼四级可调。为了研究该系统性能,建立FDAHIS系统模型和七自由度整车模型。通过系统单元台架试验对该模型进行了验证。整车仿真结果表明,与被动的液压互联悬架(HIS)系统相比,FDAHIS系统在车辆行驶平顺性和抗俯仰性能方面表现更佳。

矿用自卸车液压互联悬架参数灵敏度分析与优化

为改善三轴矿用自卸车的行驶稳定性与平顺性,提出一种前桥左右互联,中后桥X型交叉互联的新型悬架系统。利用阻抗矩阵传递法和系统边界条件建立整车机-液耦合模型,求解耦合系统的状态矩阵得到车身-车轮运动的各阶模态,对比新型悬架与传统悬架的模态特性,并分析了轮胎动载荷分配情况。利用系统加速度传递矩阵与随机路面输入矩阵得到优化目标函数。最后采用Morris法分析悬架系统结构参数对车身弹跳、俯仰与侧倾模态振动的灵敏度,得到影响悬架性能的敏感参数,并通过NSGA-II对敏感参数进行多目标优化。结果表明:相比传统悬架,新型悬架的俯仰和侧倾模态频率分别增大8.3%和35.2%,具有更好的抗俯仰和抗侧倾性能,同时中后轮动载荷分配情况得到改善;蓄能器初始充气压力、前蓄能器初始充气体积、阻尼孔内径以及缸筒上下腔面积比是影响乘坐舒适性的主要因素;优化后车辆弹跳、俯仰与侧倾模态的加速度响应峰值分别降低50.3%、58.2%和59.8%,不同速度下的加速度均方根值减小,有效提高了悬架综合性能。

变构型液压互联悬架设计与仿真研究

针对越野汽车在非铺装路面上行驶时操纵稳定性和通过性的矛盾关系,提出了一种变构型液压互联悬架系统。介绍了该悬架系统的工作原理,并建立时域仿真模型;基于模态能量法和LQR算法提出了车辆运动状态辨识和悬架目标控制力的上层控制器,基于分层控制策略设计了悬架刚度-阻尼协同控制的下层控制器;利用MATLAB/Simulink软件搭建了该悬架系统的动力学模型,在不同工况下对装备该悬架的车辆的侧倾角、俯仰角、车身扭转载荷和车轮接地性等指标进行仿真。仿真结果表明,该悬架系统能有效提高车辆的行驶性能。

基于模糊控制的主动抗侧倾液压互联悬架研究

随着车速提高,车辆侧翻的风险随之增加,因此车辆的抗侧倾性能愈发受到人们的重视。液压互联悬架(HIS)能有效提升车辆的侧倾刚度且几乎不影响车辆的平顺性。根据所研究的主动液压互联悬架,设计了一个以侧倾角和侧倾角加速度作为输入的模糊控制器,直线行驶时控制器几乎不工作,此时车辆等同于被动HIS,两者平顺性近似相同;高速转向时通过控制电机推动调节油缸的活塞杆运动,产生主动的抗侧倾力矩提高车辆的操稳性能。搭建了主动抗侧倾HIS实验台架,通过台架实验验证了主动HIS模型的正确性。对试验车辆底盘进行主动抗侧倾HIS测试系统改装,进行蛇形和双移线试验,并利用MATLAB/Simulink进行相应仿真,比较分析被动HIS车辆和主动HIS车辆的车身侧倾角峰值。结果表明,与被动HIS相比,主动HIS能有效提高车辆的抗侧倾性能。

装有液压互联悬架车辆的越野性能仿真与试验研究

鉴于传统车辆的悬架系统所配的前、后横向稳定杆,往往不能兼顾操纵稳定性和越野性能,本文中提出了一种液压互联悬架,分别建立了安装横向稳定杆和安装液压互联悬架的整车动力学模型,设计并开发出液压互联悬架功能样车。基于动力学模型和功能样车进行仿真和试验,分析了在扭曲模态下,车身附加扭矩和车轮垂向载荷的变化。仿真和试验结果基本吻合,表明液压互联悬架系统能提高车辆侧倾稳定性,且不会额外增加车身承受的扭矩;同时,4个车轮的垂向载荷分布更加均匀,进一步提高了车辆的越野性能。

安装液压互联悬架货车的机械液压多体系统建模及模态分析

针对传统悬架无法实现同时对车体俯仰和垂向振动模态的协调控制,提出一种新型液压互联悬架系统。运用传递矩阵法推导出液压子系统的阻抗阵,并建立机械多刚体和液压系统耦合的多体动力学方程。针对该类频率依赖特征方程的特征值问题,提出一种基于数值优化的特征值辨识方法,并验证该方法的有效性。运用模态理论,对比分析液压互联悬架系统对三轴重型货车车体振动模态影响的不同。结果表明,俯仰平面内的抗反向运动的液压互联悬架系统能在保持原有乘坐舒适性的同时,能有效抑制车体俯仰运动;安装抗反向运动的液压互联悬架系统后,车体俯仰刚度增强,其垂向振动刚度略有降低;同时车体和车轴振动峰值被极大地降低,车体振动衰减率明显增大。

装有液压互联悬架的矿山车辆动力学分析与实验研究

矿山车辆因载质量大通常选择较硬的板簧,但是过高的弹簧刚度会导致舒适性下降;又由于坑道坡度较大,下坡制动时整车载荷向前轴转移,前板簧因应力过大而断裂的情况时有发生。为此本文首次提出一种和板簧相匹配的新型液压互联被动悬架系统。该系统通过互联安装在车辆悬架位置的4个液压作动器,可以在垂向和俯仰两个模态分别提供所需的刚度和阻尼,因此原车板簧刚度可以设计得较软以提高舒适性;在坑道制动时,该液压系统可提供抗俯仰力矩以减少对前板簧的冲击。建立了该液压系统和整车的动力学模型,设计并制作出了液压互联悬架样件,并装配到试验车上。模型的动力学仿真和样车的道路试验的结果表明,仿真结果和试验数据吻合良好;液压互联悬架可有效改善矿山车辆的舒适性和抗俯仰能力。

基于Morris法分析的液压参数对互联悬架的影响

针对液压参数对液压互联悬架输出响应影响强度大小的问题,在Matlab中建立了液压互联悬架半车侧倾耦合频域模型,根据系统的传递函数和路面输入得到了垂直和侧倾输出加速度谱密度并将其与传统悬架进行对比,分析对比结果.采用Morris灵敏度分析方法计算得到各液压参数的灵敏度值并进行灵敏度排序.结果表明,由于在侧倾振动中液压油频繁地流进和流出蓄能器,蓄能器参数及与蓄能器连接的阻尼阀压力损失系数对侧倾振动模态有较大影响;与作动器上下腔连接的阻尼阀压力损失系数对垂直振动模态有较大影响,所得结果为进一步的悬架优化中设计变量的选取提供了理论依据.

液压互联悬架参数全局灵敏度分析与多目标优化

液压互联悬架(Hydraulically Interconnected Suspension,HIS)系统的参数匹配直接影响着其动态性能.为提升HIS系统的综合性能,对抗俯仰抗侧倾HIS系统的主要参数进行了全局灵敏度分析和多目标优化.建立7自由度"机-液"耦合整车频域动力学模型,以四轮随机路面为输入,以反映车辆平顺性、稳定性和抗俯仰抗侧倾性能的各项性能指标为目标函数,采用Sobol指数法对HIS系统参数进行了全局灵敏度分析,获得影响HIS系统性能的关键参数.基于参数灵敏度分析结果,使用NSGA-Ⅱ算法对HIS系统进行了多目标优化.结果表明:管路阻尼阀和蓄能器阻尼阀线性损失系数对车辆各性能有较大影响,参数间的交互效应对车辆抗侧倾性能影响明显.优化后,通过权重系数法选取的优化结果表明,车身质心处加权加速度均方根值降低20.95%,俯仰角加速度均方根值降低12.95%,侧倾角加速度均方根值降低8.05%,轮胎动载荷均方根值均值降低11.17%.通过参数灵敏度分析和多目标优化,可以显著提升HIS系统的综合性能.

液压互联悬架能耗分析与参数优化

以液压互联悬架为研究对象,从能耗的角度出发,建立液压系统中各元件的能耗模型,并在3种常见的城市道路工况下进行了仿真分析。针对能耗占比较大的阻尼阀,研究了其孔径对于能耗及互联悬架动力学性能的影响,在此基础上建立了液压互联悬架多目标优化模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对目标函数进行优化求解。结果表明:优化后的悬架在保证其动力学的同时,能够有效降低阻尼阀能耗,实现节能减排的功能。

液压系统参数对液压互联悬架动态响应的全局灵敏度分析

针对半车液压互联悬架防侧倾模型进行频域分析,建立了四自由度机械和液压耦合系统的动力学方程,根据系统的频响函数和路面输入分别得到垂直模态和侧倾模态下的加速度功率谱密度响应。采用Sobol全局灵敏度分析方法计算了液压参数对垂直响应和侧倾响应的灵敏度,并对计算结果进行分析。分析结果表明:与液压缸上下腔连接的阻尼阀的压力泄漏系数对垂直模态响应影响较大;蓄能器参数及与蓄能器连接的阻尼阀的压力泄露系数对侧倾模态响应影响较大。本研究可用于对汽车液压互联悬架系统进行平顺性评估以及后续的参数优化。

抗俯仰液压互联悬架三轴重型货车动态特性(英文)

完成了安装抗俯仰液压互联悬架(HIS)三轴货车动力学方程的推导。采用自由图法和阻抗传递矩阵方法推导建立耦合机械系统和液压系统的动力学方程,该特征方程以机械系统的位移和速度以及机械与液压耦合边界处的压力作为状态矢量。对比分析HIS对车体恢复力和力矩及车体振动固有频率的影响。结果表明,液压互联悬架HIS系统能够为车体提供较大的抗俯仰力矩。自由振动分析表明,HIS改变了车体垂向和俯仰振荡中心位置,且增加了车体俯仰模态对应的固有频率,同时车体垂向跳动模态对应的固有频率几乎保持不变。

互联悬架液压参数灵敏度分析及优化

针对液压参数对互联悬架输出响应影响程度大小的问题,建立了四自由度液压互联悬架半车侧倾耦合频域模型,通过计算系统的传递函数及施加路面激励,得到了悬架模型在垂直模态和侧倾模态下的加速度谱密度响应。采用基于模糊灰色关联的灵敏度分析方法对悬架垂直模态和侧倾模态进行分析,得到了各液压参数的灰色关联度。运用多目标优化算法NSGA-Ⅱ,以两种模态下的悬架响应为优化目标,对灵敏度大的液压参数进行了优化。优化后两种模态下加速度功率谱密度峰值及加速度均方根值均有减小,液压互联悬架平顺性得到提高。

装有抗侧翻液压互联悬架校车的动态特性分析

基于牛顿第二定律和传递矩阵法,建立装有抗侧翻液压互联悬架校车全车模型的机液耦合系统动力学方程。完成该非线性系统特征值辨识及模态分析,并对比分析校车安装液压互联悬架前后的动态特性。分析了阻尼阀参数对校车主要模态动态特性关系的影响,结合整车模态匹配策略及阻尼特性需求,提出基于搜索法的阻尼阀参数设计方法,并通过校车动态特性分析验证了该方法的有效性。分析结果表明,抗侧翻液压互联悬架可显著提高车辆的抗侧翻性能,通过合理设计阻尼阀参数可极大改善该耦合系统的阻尼特性。

液压互联悬架关键参数对车辆频响特性的影响

针对液压互联悬架设计参数影响车辆动力学响应的问题,建立整车7自由度机械-液压耦合动力学频域模型,推导了侧倾与俯仰角加速度、垂向加速度与轮胎动载荷的频域响应函数,分析液压互联悬架系统油压、蓄能器体积、前后液压作动器上下腔面积差与面积比等参数对车辆动力学特性的影响.仿真结果表明,油压与蓄能器体积对车辆频域响应的影响呈现相反的相关性,作动器上下腔面积差对频域响应的影响较大,上下腔面积比仅对侧倾角加速度和轮胎动载荷功率谱有明显影响.最后,进行样车性能试验,仿真与试验结果的误差较小,关键参数对车辆频率响应特性的影响趋势具有较好的一致性.

基于交叉型双气室空气互联悬架的全地形车侧倾特性研究

设计了一种采用囊式空气弹簧的交叉型双气室空气互联悬架(PIS悬架),并应用于侧翻事故发生率极高的全地形车上.建立了交叉型双气室气体耦合AMEsim模型与全地形车整车动力学ADAMS/Car模型,通过将前者模型中的空气弹簧弹性力作为整车动力学模型的输入变量,将后者模型中的空气弹簧压缩伸张位移作为气体耦合模型的输入变量,建立了完整的机械-气体耦合多自由度动力学联合仿真模型.通过J型弯高速典型仿真实验对搭载PIS悬架、双气室非互联悬架(UN-PIS悬架)和普通螺旋弹簧悬架(HS悬架)的全地形车进行侧倾特性对比研究.研究结果显示,PIS悬架若关闭互联管路,则会形成UN-PIS非互联状态,使悬架刚度瞬间大幅上升,平顺性瞬间变差,而具有相同垂向刚度的PIS悬架与HS悬架,前者能够提供更多的侧倾角刚度.研究了气路系统中影响动态侧倾特性的相关因子,包括连接管路管长、管径、附加气室容积.研究表明,互联管路管长越小,越有利于提升全地形车侧倾特性,存在临界管径,管径小于或大于该值时,均会小幅度提升侧倾特性,附加气室容积越小,侧倾角刚度越大,为PIS悬架气路系统设计提供理论依据.

考虑作动器动力学的半车主动互联悬架抗侧倾控制研究

为提高车辆的侧倾稳定性及抗侧翻能力,开展了考虑液压作动器动力学特性的主动互联悬架控制研究。首先建立了主动液压互联悬架动力学模型及液体连续方程,然后以车身侧倾角为控制目标,采用backstepping非线性控制方法完成了抗侧倾控制器设计及其稳定性分析,通过构造控制目标跟踪函数使控制系统平稳过渡并追踪期望的侧倾角度。角阶跃转向工况抗侧倾模拟分析表明:所设计的控制系统能使车身侧倾角跟踪期望的角度值,有效控制车身侧倾姿态,降低载荷转移率,提高抗侧倾性能及侧翻极限;同时,主动互联抗侧倾控制还能有效改善悬架动挠度及车轮动载,综合提升车辆性能。

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。

液压互联悬架在防爆无轨胶轮车上的应用研究

通过改进防爆无轨胶轮车上的钢板弹簧刚度,设计匹配与之适应的液压互联悬架,形成一种新型液压互联悬架系统,提高防爆无轨胶轮车的驾乘舒适性。笔者完成了在某防爆无轨胶轮车上液压互联悬架系统的设计,通过仿真分析、道路试验验证了该系统的可行性,为设计其它防爆车辆悬架提供了一定的参考。