附加气室容积可调半主动空气悬架鲁棒控制研究

车辆悬架系统的重要作用是连接底盘和车身,降低路面不平造成的车身振动,提升车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。附加气室容积可调空气悬架通过加入不同容积的气室达到改变空气弹簧总容积从而调节悬架刚度的目的,而传统的空气悬架无法改变空气弹簧容积故刚度不可调节。首先建立附加气室容积可调空气弹簧系统数学模型,将该模型以力的方式融入1/4车辆半主动悬架系统,并在此基础上建立八自由度整车半主动悬架模型。其次,采用整车平顺性随机路面输入行驶试验,将试验和仿真数据通过均方根值(RMS)和功率谱密度值(PSD)处理后,进行对比以验证整车模型的准确性。最后,采用H∞方法,通过MATLAB/Simulink工具箱中的鲁棒控制求解控制器,并将时滞试验所测得的时滞时间加入控制器,使得所设计的鲁棒控制器更加符合实际工况。仿真结果显示:加入鲁棒控制器的半主动悬架稳定速度更快;有效地改善了中低频段(0.5~12.5)Hz车身质心处和座椅处的加速度,车辆的平顺性得到提高。

带附加气室空气弹簧性能试验系统的搭建与试验研究

针对主、附气室通过管路连接的空气弹簧工作过程复杂性及其特殊的非线性,搭建带附加气室空气弹簧特性试验系统,进行不同附加气室容积和不同连接管路直径的空气弹簧特性试验研究;设计出基于LabView的测试软件,通过数据采集系统测得弹簧作用力、弹簧位移和弹簧内部气体压力;针对四种容积的附加气室、四种内径的连接管路和四种初始气压在0.5～10.0 Hz激振频率范围内对空气弹簧特性进行台架试验,试验分析各影响因素对弹簧特性的影响规律,并探讨各因素的影响机理。试验结果表明,试验的可变因素对空气弹簧特性具有不同程度的影响:附加气室容积和连接管路管径的增大会降低空气弹簧的动刚度,但附加气室容积对动刚度的影响程度还受主附气室容积比的影响;弹簧内初始气压和激振频率的增加会增大弹簧动刚度,台架试验可以为带附加气室空气弹簧的设计及应用提供依据。

带节流阻尼孔和附加气室的空气弹簧系统建模和动态特性研究

考虑空气弹簧橡胶气囊力学特性,采用摩擦模型和分数导数Kelvin-Voigt模型对橡胶气囊进行建模,描述橡胶气囊的振幅相关性和频率相关性。以带节流孔和附加气室的空气弹簧为研究对象,建立该空气弹簧的非线性模型。在空气弹簧标准工作高度(即平衡点)附近,基于一阶泰勒展开和割线法建立带节流阻尼孔和附加气室的空气弹簧系统线性模型。以某空气弹簧为例,辨识空气弹簧橡胶气囊的模型参数,试验验证了橡胶气囊模型的有效性;分析该系统的动态特性,讨论橡胶气囊力学特性对整个空气弹簧动态特性的影响。该模型的建立为进一步研究空气阻尼悬架的刚度和阻尼设计、匹配提供了理论依据和有效参考。

带附加气室空气弹簧动刚度的线性化模型研究

基于工程热力学和空气动力学理论分别建立了带附加气室空气弹簧系统各元部件的状态方程和动力学方程,为了简化复杂的非线性模型,根据泰勒级数理论,利用小偏差线性化的方法在小振幅的条件下对各方程进行了线性化处理,并推导出了带附加气室空气弹簧动刚度的线性化模型。为了验证线性化模型的精度和分析各参变量对弹簧动刚度的影响关系,以美国Firestone公司生产的1T15M-2型膜式空气弹簧作为计算对象,分别利用空气弹簧动刚度的非线性和线性化模型计算了弹簧动刚度与各因素之间的动态变化关系,计算结果表明空气弹簧内压、节流孔有效面积、弹簧振动频率以及附加气室容积等因素均会影响弹簧动刚度;动刚度的线性化与非线性模型在各因素影响下的变化曲线基本吻合。

可变容积附加气室空气悬架的参数优化与控制

基于热力学与车辆动力学理论,建立了带可调容积附加气室空气悬架的数学模型;以提高车辆行驶平顺性、轮胎接地性和操纵稳定性为目标,附加气室容积与减振器阻尼系数为设计变量,建立附加气室空气悬架的多目标优化模型;接着采用线性加权和法,将多目标优化问题转化为单目标优化问题;最后整合车辆典型工况下的优化结果,以载荷、车速及路面等级为控制输入量,采用决策控制实现可调容积附加气室空气悬架的半主动控制。结果表明,基于参数优化结果的决策控制能有效提高悬架的综合性能,降低车身加速度和悬架动行程,但轮胎动载荷略有增加。

基于复刚度带附加气室空气弹簧振动特性研究

建立了带附加气室空气弹簧系统的动力学方程,经过线性化处理后推导出系统的复刚度模型,依照复刚度模型建立了系统的等效刚度、等效阻尼及固有频率的计算模型。以Firestone 1T15M-2型膜式空气弹簧为实验和计算对象,通过实验对计算模型进行了修正和验证,计算结果与实验结果较一致。计算结果表明,系统刚度随节流孔开度增大而减小,阻尼随节流孔的增大先增大后减小,附加气室容积的增大能使系统刚度减小并使阻尼比增大,激励频率的增大会增大系统刚度并减小系统阻尼比,静载荷的变化对系统振动特性影响不大。

带附加气室空气弹簧动刚度影响因素试验研究

以1T15M-2型膜式空气弹簧为基础,建立了带附加气室空气弹簧的试验系统,试验研究了带附加气室空气弹簧动刚度的影响因素,对各影响因素的影响规律做了详细描述,并对各因素的影响机理做了探讨。试验结果及分析表明,振动频率、激励振幅、弹簧初始气压、节流孔开度和附加气室容积是弹簧动刚度的主要影响因素;弹簧初始气压、振动频率和振幅的增大均会增加弹簧动刚度,节流孔开度和附加气室容积的增大则有利于降低弹簧动刚度,但附加气室容积超过弹簧工作容积2倍以上时,附加气室容积的变化对动刚度的影响便不再明显。

带附加气室空气悬架剪式座椅振动特性试验研究

基于HY-Z04型剪式座椅,以SK37-6型膜式空气弹簧作为弹性元件,构建了带附加气室空气悬架座椅振动试验系统。试验研究了节流孔开度、簧上质量及激励频率等因素对座椅振动特性的影响规律,研究结果表明,座椅悬架的固有频率随节流孔的增大而减小;节流孔产生的阻尼随节流孔的增大先变大后变小;当激励频率较低时,节流孔开度对座椅加速度的影响不大,当激励频率高于某值后,节流孔开度越大,对应的加速度均方根值越小;节流孔对加速度均方根值的影响具有明显的非线性。

附加气室容积可调空气悬架多目标参数匹配

将二次寻优方法应用于附加气室容积可调空气悬架系统参数匹配中,构建附加气室容积可调空气悬架系统的1/4车辆模型,并通过台架试验对模型进行验证。利用遗传算法,以不同工况下的车辆行驶平顺性为目标,渐进完成附加气室容积、减振器阻尼的参数匹配。分析匹配后的车辆综合性能表明,簧上质量垂向加速度得到有效抑制,轮胎动载荷及悬架动行程控制在允许范围内,车辆在多种工况下的综合力学性能改善。

带附加气室空气弹簧力学特性参数试验

为了揭示带附加气室空气弹簧动力学特性,基于1T15M-2膜式空气弹簧建立了带附加气室空气弹簧力学特性试验测试系统,利用自由衰减振动的方法研究了簧上质量、节流孔直径、附加气室容积等因素对系统等效刚度、等效阻尼及固有频率等力学特性参数的影响.试验结果表明：在保持弹簧工作高度不变的前提下,增加簧上质量会增大弹簧等效刚度,但簧上质量的变化对弹簧的等效阻尼比和固有频率影响不大;随节流孔直径的增大,等效阻尼先增大后减小;在节流孔直径4~7 mm范围内,等效刚度和固有频率均由最大值迅速降到最小值;在附加气室容积小于主气室容积2~3倍范围内,增大附加气室容积有利于降低空气弹簧的等效刚度和固有频率;在节流孔有效作用下,再增大附加气室容积会明显增大空气弹簧等效阻尼比.

双附加气室空气弹簧动力学模型及其特性研究

设计了一款串联双附加气室约束膜式空气弹簧作为机载计算设备的隔振元件.利用气体的连续方程、状态方程、能量方程及弹簧的受力状态等建立弹簧的动力学模型,分析了空气弹簧的非线性特性、两节流孔半径变化及两附加气室体积变化对阻尼比的影响和空气弹簧的隔振效果.结果表明:空气弹簧具有周期非线性的特点;在各气室初始体积不变的情况下阻尼比的极大值首先与节流孔Ⅰ有关,在节流孔Ⅰ的半径足够大时,才与节流孔Ⅱ有关;在保持附加气室总体积不变的条件下,随着附加气室A与附加气室B体积比的增加,阻尼比减小;无论附加气室容积比如何变化,产生最大阻尼的节流孔Ⅱ的半径不变.

带有双附加气室空气弹簧的隔振性能研究

大型飞机的机载计算设备需要隔振系统进行振动保护,而空气弹簧是一种性能优良的隔振元件。文中设计一款带有双附加气室约束膜式空气弹簧,两个附加气室采用串联方式排列,主附气室之间通过节流孔相连。利用流体力学等相关理论建立该类型空气弹簧的振动微分方程,并对该方程进行求解,得到在不同频率激振作用下两个附加气室的压力变化规律、两节流孔半径变化对阻尼比的影响及空气弹簧的加速度传递率。结果表明,激振频率越高,附加气室B的压力变化幅度越小,其对隔振系统的贡献越小;空气弹簧具有周期非线性的特点;阻尼比的极大值首先与节流孔Ⅰ有关,在节流孔Ⅰ的半径足够大时才与节流孔Ⅱ有关;双附加气室空气弹簧较单附加气室空气弹簧具有更好的隔振效果。

连接管路对附加气室空气弹簧刚度特性影响的试验研究

带附加气室的空气弹簧系统中连接管路对系统特性有重要影响，搭建使用管路连接附加气室的空气弹簧刚度特性试验系统，在（0．5—10）Hz的激振频率激励下，采用四种不同管路内径、三种不同管路长度的连接管路，对空气弹簧特性台架进行试验，分析管路因素对弹簧特性的影响规律并探讨影响机理。试验结果表明：随着管路内径增大，系统刚度逐渐降低，当管路内径增大到一定值时，管路对空气弹簧刚度的影响比重变小；不同管路长度对系统动刚度的影响主要集中在低频阶段，在同一频率下，系统动刚度随管路长度增加而增大；最后，通过试验对连接管路两端主、附气室气压的幅值差和相位差进行分析，验证了不同管路内径及长度对空气弹簧系统动刚度影响的正确性。

附加气室容积可调空气悬架模糊控制研究

以配备4个附加气室容积可调空气弹簧的整车悬架为研究对象,首先建立附加气室容积可调的空气弹簧模型,并以弹簧力形式引入整车模型,然后在整车模型仿真的基础上对前后悬架的附加气室容积值进行匹配。整车采用4个二维模糊控制器对前左、前右、后左、后右悬架的附加气室容积分别进行控制。仿真结果表明：采用模糊控制的半主动悬架相比于被动悬架控制效果显著,座椅的垂向加速度均方根值改善约5%~13%、前悬架动行程峰值改善约7%~29%、后悬架动行程峰值改善约17%~23%,车辆在多工况下的行驶平顺性得到有效提高。

带附加气室空气弹簧动态特性仿真与试验研究

为了揭示带附加气室空气弹簧动力学特性,运用有限元分析方法,基于R1A型自由膜式空气弹簧,建立了带连接管路附加气室空气弹簧有限元模型,对有限元模型进行动态特性的数值仿真,分析连接管路管径、附加气室容积、初始气压对空气弹簧刚度随频率变化的影响规律,结果显示:较大管径和低频率可获得较小的空气弹簧动刚度;随着附加气室容积增大,系统动刚度降低其变化幅度亦趋于平缓,继续增大附加气室容积对降低系统动刚度效果不明显;空气弹簧的刚度随初始气压的增加而变大,并通过动态特性试验验证了有限元模型的正确性。

应用机电相似理论的带附加气室空气弹簧系统的建模与分析

应用机电相似理论建立了带附加气室空气弹簧电学模型,以及该空气弹簧系统与电学系统元器件之间的等效关系。采用网孔电流法研究了附加气室容积、振动频率等对空气弹簧刚度的影响。通过电路分析可知:带附加气室空气弹簧刚度随附加气室容积的增大而减小,随激振频率的升高而增大,主附气室之间气压的相位差也随频率的升高逐渐增大,但不会超过90°。为了验证电路模型和分析的正确性,进行了带附加气室空气弹簧特性试验,确定了电学模型参数并带入模型进行仿真。对仿真与试验结果进行对比,二者较为吻合,表明所建电学模型及电学分析是正确的,说明将机电类比方法引入空气弹簧系统特性的研究是可行的,为该方法在其他机械系统中的应用提供了参考。

附加气室容积可调空气悬架系统的决策控制

为提高车辆在不同行驶工况下的减振性能,建立1/4车辆的非线性动力学模型,提出附加气室容积可调空气悬架系统控制的优化分析及计算方法,设计刚度可调的空气弹簧及空气悬架的决策控制系统。在仿真计算的基础上,进行刚度可调空气悬架系统的台架试验,分析采用决策控制后悬架系统的动态特性。仿真及试验结果基本吻合,实现了根据车辆行驶工况,实时改变附加气室的容积,提高了车辆行驶平顺性。该研究验证了控制策略的有效性,为刚度可调空气悬架系统设计开发提供了新方法。

基于D最优响应面设计方法的带附加气室空气弹簧动力学特性拟合研究

由于带附加气室空气弹簧的影响因素和动态特性参数之间的非线性映射关系难以描述,提出建立响应面方法替代复杂的空气弹簧动态特性方程用于空气弹簧特性的研究。首先用两个非线性特性显著的算例验证了D最优方法建立响应面的有效性,然后根据响应面设计空气弹簧动态特性实验,基于实验结果用高阶多项式进行回归拟合建立高精度响应面,最后根据设计响应面研究了主要因素附加气室容积和节流孔直径对空气弹簧动态特性参数动刚度和阻尼的影响。

带附加气室空气弹簧等效刚度和等效阻尼高斯模型

[目的]研究带附加气室空气弹簧节流孔面积对弹簧振动特性参数的影响规律,为实现弹簧出力连续精确可调及后续车辆空气悬架系统的主动控制提供理论依据。[方法]以美国凡士通(Firestone)公司1T15M-2型膜式空气弹簧为试验对象,构建带附加气室的空气弹簧系统,研究初始气压及节流孔面积对弹簧振动特性参数的影响规律;通过试验结果对带附加气室空气弹簧的理论模型进行修正,将试验结果与理论模型进行比较;根据试验数据的分布规律,提出带附加气室空气弹簧等效刚度和等效阻尼的高斯模型,对试验结果进行高斯拟合,将试验曲线与拟合曲线进行比较,并通过对试验系统阻尼比计算精度的分析,验证高斯模型的正确性。[结果]试验结果表明:气压越大弹簧刚度越大,弹簧刚度随节流孔面积的增大而减小,阻尼随节流孔面积的增大先增大后减小;通过修正后的理论值与试验值存在较大误差;对高斯模型计算得到的等效阻尼比精度进行分析,表明高斯模型假设满足试验结果,且模型的计算精度高。[结论]带附加气室空气弹簧初始气压及节流孔面积对其刚度和阻尼有较明显的影响;所建高斯模型具有参数简单、误差较小的优点。

一种带附加气室的空气悬架剪式座椅振动特性理论分析

将带有附加气室的空气弹簧应用于一种剪式座椅中,建立了该空气悬架座椅系统运动微分方程,推导出了系统的等效垂向刚度、等效阻尼系数、固有频率及阻尼比的计算公式,分析了该空气悬架座椅系统的影响因素,并以ContiTech公司的SK37-6型膜式空气弹簧和HY-Z04型剪式座椅为例,计算出了不同簧载质量、不同节流孔开度条件下系统的等效刚度、等效阻尼系数及固有频率,分析了其变化规律。研究结果表明,随着节流孔开度的增大,系统的固有频率逐渐减小;可以通过调节节流孔开度的大小,改变系统的固有频率,以适应不同的驾驶员体重和路况,进一步改善座椅的乘坐舒适性。