基于齿轮连杆的新型动力吸振式轮边电驱动系统研究与设计

针对分布式电动汽车中簧下质量增大,车辆平顺性和车轮接地性恶化的问题,设计了一种新型齿轮连杆式轮边动力吸振器。评估其在多连杆悬架中空间布置的可行性;考虑路面不平度与电机驱动时作用在其壳体上的反力矩,建立系统的动力学模型并推导其振动力学微分方程,利用MATLAB/Simulink建立三自由度振动模型,在新欧洲行驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)工况下得到时域内的系统响应;结合计算结果分析动力吸振器弹簧刚度阻尼对车身加速度、车轮动载荷和电机振动的影响作用,并进行动力吸振器弹簧刚度和阻尼的优化设计;最后将该系统与传统汽车和一般轮毂电机驱动系统对比,分析其改善车辆平顺性和接地性的效果。结果表明,该新型齿轮连杆式轮边动力吸振器可以合理布置在多连杆悬架中,并可显著改善分布式驱动汽车车辆平顺性和车轮接地性。     

基于工况识别的IWM-EV主动悬架MOPSO模糊滑模控制

轮毂电机电动汽车(in-wheel motor electric vehicle,IWM-EV)的电机激励与车辆系统的耦合特性严重的恶化车辆的动力学性能以及电机的工作稳定性,针对这种振动负效应问题,建立了考虑机电耦合的车辆动力学耦合模型,并设计了工况识别的主动悬架多目标粒子群(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)模糊滑模控制器。基于傅里叶级数法建立了轮毂电机的垂向不平衡激励与电机转矩的电机模型;将电机模型与车辆动力学模型结合建立了电机与悬架联合的垂向-驱动非线性动力学耦合模型。基于耦合模型分析了车辆的机电耦合振动负效应特性,针对模型强非线性的特点,设计了耦合模型的非线性控制器。仿真结果表明,控制器能既能有效的减小电机的相对偏心率,抑制电机不平衡电磁力,又能提升车辆动力学性能,有效的抑制了轮毂电机电动汽车的振动负效应。     

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。     

汽车半主动空气悬架参数自调整模糊控制

建立两自由度1/4车辆半主动空气悬架的非线性动力学模型，提出一种基于参数自调整的模糊控制系统结构的模型，并以C级路面为随机输入，对空气悬架系统进行了仿真分析。研究结果表明：该控制方法能够使车身垂直振动加速度、悬架动挠度和车轮动载荷得到较大的衰减，提高了汽车的操纵稳定性能和平顺性能。     

减振器非线性阻尼对车身振动的影响分析

利用改进的非高斯闭合法，通过计算讨论了汽车在路面谱激励下，减振器非线性阻尼对车身振动加速度均方根值，车轮与路面间相对动载荷及悬架穿越频率的影响规律，通过与试验结果对比，证明计算结果和所得结论正确。     

汽车平顺性的建模分析及研究

 通过分析汽车振动源和人体对振动的反应，利用模拟技术，建立了十三自由度人-椅-车系统的动力学模型，运用随机振动理论给出了振动形态、传递函数、车轮的动载荷、座椅加速度等参量，并利用已有的汽车数据，对汽车行驶时的振动特性进行了模拟，得到了如下结论：发动机与轮胎刚度、减振器阻尼对后排座椅处的振动影响不大；后排座椅的垂直刚度增加很大时，对垂直方向振动影响比较大；后桥刚度、阻尼对后排座椅处的振动影响较大，后轮胎刚度增加，则振动加强；后桥刚度对汽车平顺性有一定影响，后桥的刚度减小，则后排座椅处垂直加速度相应减小，使用该模型可对汽车行驶平顺性进行预测或评估。     

重型汽车与路面的耦合作用研究

汽车采用七自由度整车模型,公路路面和路基用粘弹性地基上四端简支双层薄板模拟,建立了三维汽车-路面-路基耦合模型.利用Galerkin法和快速积分法得到了系统的动态响应,并比较了车路耦合模型与传统汽车、路面模型的计算结果,分析了车路耦合作用对车体加速度、悬架变形、轮胎力和路面振动位移的影响.研究发现,车路耦合作用不可忽视,有必要基于车路耦合模型对汽车和路面的动态响应进行同时求解.     

车辆非平稳行驶状态下的半主动悬架控制

在建立车辆非平稳行驶路面激励模型基础上,应用LQG最优控制对车辆非平稳行驶状态下的悬架进行了半主动控制研究,并与平稳行驶状态下的控制进行比较,分析了悬架性能指标的权重系数对悬架性能的影响。研究表明:车辆在加速行驶时,半主动悬架的车身加速度、车轮动载荷与无控制时相比有一定减小,悬架动挠度在非平稳态行驶状态下的控制响应与无控制时相比有明显的滞后。     

随机路面激励下车辆垂向振动微分几何解耦控制

分析车辆悬挂与非悬挂质量动力学耦合机理,建立装备被动悬架的整车7自由度非线性模型,利用微分几何方法对该非线性模型受到随机路面激励时的垂向振动进行解耦分析。经过解耦的非线性系统成为独立的互不干扰的线性子系统,悬架簧上质量的振动不受路面激励的影响。进行解耦前后仿真对比分析,结果表明:解耦后的车身垂向加速度、车身俯仰角和侧倾角的振动幅值和频率大幅衰减,验证了解耦算法的有效性。     

轮胎非线性对悬架系统振动影响的研究

建立轮胎线性和轮胎非线性的两组1／4车振动模型，并在Simulink中进行了仿真，仿真的结果表明：1、轮胎的非线性在高频区域对轮胎动位移和车身加速度有一定的抑制作用；2、轮胎非线性项系数ks的增大会使车身加速度的标准差下降，轮胎动位移的标准差增大；悬架动行程的变化则较为复杂，但在ks大于2230000N／m^2时增长的幅度较快，造成悬架的安全性下降；3、该振动系统存在着次共振和倍周期分岔等复杂的非线性动力学行为。     

双轮辙激励下多轴重型车辆动载特性仿真分析

为研究双轮辙激励下多轴重型车辆动载特性,采用有理函数功率谱密度的谐波叠加法模拟双轮辙激励的空间域随机路面,建立刚柔耦合的车辆整车虚拟样机,集成创建一个双轮辙激励的空间域路面车辆行驶动力学模型,仿真计算了车辆各轴两侧轮胎的法向作用力和车轮法向动载系数。结果表明,与单轮辙激励相比,双轮辙激励下得到的车辆各轴两侧车轮法向作用力的大小和变化规律均不相同,而且轮胎法向作用力最大值出现的位置也不同;不同车速下,车辆各轴两侧车轮的法向动载系数大小和变化规律完全不同,车辆前中轴的法向动载系数最小,中后、后轴的法向动载系数最大。研究结果可为精确计算多轴车辆轮胎动载荷,预测路面动态响应提供参考依据。     

弹性车轮地铁车辆过曲线性能分析

为研究弹性车轮地铁车辆曲线通过性能的影响,建立刚柔耦合地铁车辆系统动力学模型。以实验测得橡胶径向和轴向刚度,求得弹性模量,通过有限元模态分析,在软件UM中建立考虑弹性车轮为柔性和考虑标准车轮为柔性的刚柔耦合地铁车辆模型。研究弹性车轮柔性对地铁车辆动态曲线通过的安全性及平稳性,对比分析不同工况下考虑弹性车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型和考虑标准车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型动态曲线通过时的动力学响应。通过对脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、车体横向振动加速度、车体垂向振动加速度、垂向平稳性、横向平稳性和轴箱横向振动加速度对比分析,得出结论如下：弹性车轮地铁车辆模型的脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、轴箱横向振动加速度、车体垂向振动加速度和垂向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的降低。弹性车轮地铁车辆模型的轮重减载率、车体横向振动加速度和横向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的微幅上升。     

钢板弹簧摩擦迟滞特性对汽车平顺性的影响

为分析钢板弹簧摩擦迟滞对汽车平顺性的影响,首先应用改进的Bouc-Wen模型描述钢板弹簧摩擦迟滞特性,应用递归最小二乘法对模型参数进行识别。将板簧的迟滞模型与整车振动模型结合,分析板簧迟滞摩擦对汽车行驶平顺性的影响。研究表明:板簧的迟滞摩擦使后悬架上方车身加速度、悬架动挠度和车轮动载荷的固有频率增加约12%,使车身加速度功率谱幅值提高15.2%,因而降低汽车的平顺性,但使悬架动挠度功率谱幅值减少11.6%;板簧的迟滞摩擦对车桥加速度和车轮动载荷幅值影响不大。     

人车路耦合系统的非线性振动特性及试验研究

为了解决车辆行驶中产生的复杂非线性振动响应问题,建立三自由度人车路耦合非线性动力学模型。基于扭转几何变形非线性特征,利用拉格朗日方程推导出三自由度人车路耦合非线性振动方程,该方程中的正弦和余弦函数项来源于几何非线性扭转变形。针对自由振动,给出非线性恢复力曲面、势能曲面及固有频率解析表达式。针对强迫振动,运用数值仿真方法分析车辆质量、转动惯量、乘客质量、座椅刚度/阻尼、悬架刚度/阻尼、阻尼、质心位置、路面波长及波幅等系统参数对振幅速度响应曲线的影响。搭建人车路耦合振动系统的实验平台,通过振动实验结果验证理论分析与数值结果的可靠性。研究结果表明：该三自由度非线性动力学耦合系统可精确描述人车路耦合系统的响应特性,合理选择系统参数能够有效减小振动响应幅值和提升乘坐舒适性。     

悬架迟滞非线性特性对汽车平顺性的影响

首先建立了悬架系统的数学模型.由于悬架系统中具有众多的橡胶减振元件,其应力-应变循环具有变刚度变阻尼的非光滑、强非线性特性,恢复力表现出与变形历史有关的迟滞性.为了建立其数学模型,论文将恢复力分解成非迟滞非线性弹性恢复力和纯迟滞非线性阻尼力两部分,并用多项式和类椭圆函数分别进行模拟,用所建模型重构恢复力一位移迟滞回线,与试验结果吻合较好.然后利用系统动力学和随机振动理论,将汽车简化为四自由度模型,建立考虑悬架迟滞非线性特性的整车系统在路面随机激励下的非线性动力学方程.最后用Monto Carlo法模拟路面随机激励谱,在时域内对整车非线性系统振动特性进行仿真,并与传统的考虑线性悬架系统的整车动力学特性进行对比,以研究悬架迟滞非线性特性对汽车平顺性的影响.     

重型矿用自卸车油气悬架参数优化

讨论了某360吨矿用自卸车单气室油气悬架的优化设计。参考传统的车辆动力学模型,考虑了轮胎阻尼和油气悬架非线性特征,建立了更符合工程实际的矿用自卸车五自由度数学模型。以随机输入和脉冲输入为加载条件,构建了随机输入条件下车身垂向加速度均方根值为目标函数的优化模型。分析了前、后油气悬架刚度和阻尼性能对车身和人体振动响应的主要影响。最后,采用遗传算法对油气悬架主要参数进行了优化设计。优化结果表明：车身垂直加速度均方根值下降25.6%,满足标准ISO2631对两种路面输入的平顺性要求。     

汽车半主动磁流变悬架的自适应双模糊控制方法

为了减小汽车俯仰角、提高汽车平顺性,以磁流变减振器为控制对象,提出了自适应双模糊控制的半主动悬架系统。在实验室实际测试基础上,建立了磁流变减振器阻尼力的非线性Bingham模型和基于该磁流变减振器的半车四自由度汽车半主动悬架数学模型。分别以车身质心速度、俯仰角速度及其偏差变化率作为模糊控制器输入,设计了自适应双模糊控制器,实现了车辆半主动悬架的自适应模糊控制。利用MATLAB软件的SIMULINK工具箱对其进行仿真,获得车身加速度、悬架动行程及车轮动载荷的时域响应特性,并对仿真结果进行了对比分析。结果表明,自适应模糊控制下半主动悬架系统的隔振效果要远好于最优被动系统,而且对路面破坏小,并对运行工况有一定的适应性。     

基于gPC理论的不确定参数电动汽车脉冲响应研究

基于广义多项式混沌(gPC)理论和汽车系统动力学,建立了考虑电机参振的不确定参数电动汽车的平顺性分析模型,并与蒙特卡洛法对比,验证了模型的正确性。以某型电动乘用车为例,分别在整车和电机总成两类参数不确定(10%～30%变异系数)条件下,计算了汽车以10～60 km/h车速通过脉冲型路面时的平顺性指标和电机振动响应的均值、方差、变异系数、概率密度和分布以及超限概率等统计指标,分析了不同变异系数下两类参数不确定对各自振动响应的影响程度和规律。结果表明:gPC理论能快速给出参数不确定对各统计指标的影响程度和规律,且该影响十分显著;在所分析速度域内,随参数不确定程度的增加,各均值响应最大值基本不变,但其方差、变异系数和分布范围均不断增大,超限概率的变化规律存在多样性。当不确定参数变异系数为30%和车速为60 km/h时,车体加速度、悬架压缩量、轮胎载荷、电机加速度和悬置压缩量响应最大值的变异系数最大,分别可达34%,47%,42%,15%和51%;不同参数变异系数和车速条件下,以上各响应最大值超越给定限值的最大概率分别达53%,36%,30%,75%和68%,车轮离地最大概率则达到64%。     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

车内低频噪声与悬架特性参数的定量关系

基于车身乘坐室声振耦合的动态子结构修改方法，将汽车悬架系统视为附加于车身上的子结构（子系统），并结合悬架系统对路面不平度位移激励的振动传递效应，揭示出车内低频噪声的声压值与悬架系统刚度、阻尼、非悬挂质量以及轮胎径向刚度、径向阻尼问的直接定量关系。然后，通过算例及相应的实验验证了其正确性.