滚珠丝杠式惯容器非线性建模与参数辨识

针对滚珠丝杠式惯容器存在的非线性力学特征,首先,分析了滚珠丝杠式惯容器的工作原理,对惯容器的主要部件进行了非线性力学分析,建立了考虑摩擦、间隙以及丝杠弹性力的惯容器非线性力学模型;然后,在数控液压伺服激振试验台上进行了惯容器的力学性能试验,得到了惯容器在不同惯容系数以及不同激振输入下的力学响应特性;最后,根据试验结果分析了摩擦和间隙对惯容器力学性能的影响,得到了便于参数辨识的惯容器力学模型结构,实现了惯容器输出力仿真与试验结果的分析和对比。结果显示,二者在一个周期内的均方根值误差不超过7%,非线性模型呈现出良好的拟合精度,证明了所述方法的可行性和有效性。     

基于液压惯容器的ISD悬架性能分析与试验

针对机械式悬架存在的惯容器"背隙"的问题,提出一种基于液压惯容器的ISD(inerter-spring-damper,简称ISD)悬架。介绍了液压惯容器的结构及工作原理;建立了液压惯容器ISD悬架的整车模型,在matlab/simulink环境下,进行了压惯容器ISD悬架平顺性仿真;研究了液压惯容器ISD悬架在脉冲输入、随机路面输入作用下的动态性能。在此基础上,进行了液压惯容器ISD悬架台架试验,试验与仿真结果基本吻合。结果表明,与传统被动悬架相比,液压式惯容器ISD悬架可以有效降低车身垂直振动加速度。     

基于虚拟样机模型的液压ISD悬架动态性能分析

悬架是汽车的重要总成,惯容器的出现为汽车悬架技术的发展开辟了一个新的方向和领域。为了研究液压"惯容器-弹簧-阻尼器"(Inerter-spring-damper,ISD)悬架性能,以试验样车为基础,分别建立整车ISD悬架虚拟样机模型和液压惯容器模型,进行系统的联合仿真,分析随机路面谱输入和脉冲路面谱输入作用下液压ISD悬架的动态特性,研制液压惯容器和ISD悬架原理样机,并进行四通道轮胎耦合道路模拟台架试验。结果表明,与传统被动悬架相比,液压ISD悬架具有更好的整车动态性能,车身的质心垂直加速度、俯仰角加速度、侧倾角加速度、左前悬架动行程和左前轮胎动载荷方均根值下降明显,有效地抑制了车身振动,控制了车身姿态,协调了整车乘坐舒适性和行驶安全性之间的矛盾。     

液压互联ISD悬架系统模式切换研究

为实现液压互联ISD悬架全局工况最优,提出一种基于模糊控制的液压互联ISD悬架系统模式切换控制策略。研究液压互联ISD悬架系统工作原理,仿真对比液压互联ISD悬架两种工作模式力学特性,确定模式切换参数,并设计悬架工作模式识别以及模式切换控制策略,针对液压互联ISD悬架工作模式构建液压互联ISD悬架模糊控制器,并进行整车仿真分析,仿真结果与预期基本一致。在此基础上设计液压互联ISD悬架样机,进行台架试验,验证了所提出的液压互联ISD悬架系统模型的正确性以及模糊切换控制方法的有效性。     

可控惯容器非线性建模分析与参数辨识测试

为研究可控惯容器的非线性,依据机电相似理论,进一步推广得到机电液相似理论,并基于该理论研制了流体式可控惯容器装置,建立其理想模型和非线性等效模型,利用台架试验对其部分参数进行辨识,仿真分析其力学输出特性。结果表明,非线性因素对所设计的可控惯容器力学输出性能影响较大,一般情况下不可忽略。在液体的压缩性不可忽略时,低频振动下主要由惯容器所产生的惯性特性对振动起到抑制作用;高频激励下主要是液体弹性特性对振动起到抑制作用。研究结果进一步验证了机电液相似理论的正确性。     

“惯容器-弹簧-阻尼”悬架系统正实综合研究

为了设计一种以舒适性为导向的车辆悬架结构,基于无源系统理论和LMI线性矩阵不等式方法,设计了正实鲁棒控制器,以车身加速度均方根值为乘坐舒适性指标,将求解悬架结构的问题归结为求解正实鲁棒控制器的问题,利用遗传算法结合LMI算法解BMI双线性矩阵不等式求解该问题,然后将得到的正实阻抗传递函数用弹簧、阻尼、惯容器(Inerter-Spring-Damper,ISD)物理实现出来。结果表明,与传统被动悬架相比,综合出来的ISD悬架能够显著改善车辆的乘坐舒适性和行驶安全性。     

越野车用两级压力式油气弹簧的建模与仿真

两级压力式油气悬架可有效地解决传统单气室油气悬架在不同载荷状态下的动力学性能矛盾。为进一步提高越野车辆的行驶性能,提出一种越野车用两级压力式油气弹簧,建立考虑油液压缩性的油气弹簧非线性数学模型,并通过台架试验验证数学模型的准确性。建立1/4车辆模型,在随机路面激励下进行平顺性仿真。结果表明,良好路面的满载工况和一般路面的空载工况下,相对于单气室油气悬架,两级压力式油气悬架的车身加速度均方根值分别下降了20.1%和10.7%,轮胎动载荷均方根值分别下降了36.8%和10.4%,两级压力式油气悬架的动行程均方值分别增加了11.8%和1.9%,其撞击限位块的概率小于0.1%,能够满足车辆的使用要求。     

电液半主动馈能悬架非线性建模与协调性优化

为了协调电液半主动馈能悬架的减振性能与馈能性能,建立了基于电液作动器的半主动馈能悬架的非线性模型,开展了力学特性试验,并采用最小二乘递推算法对系统模型进行了参数辨识。分析了电液作动器主要参数对悬架减振性能和馈能性能的影响,采用遗传算法对电液作动器主要参数进行了优化,并进行了台架试验。试验结果表明,频率2Hz、幅值30mm的正弦路谱输入下,优化后的电液半主动悬架簧载质量加速度降低22.23%,馈能功率提高40.51%,在保证满足一定的车辆乘坐舒适性和行驶安全性的要求下,悬架馈能性能得到明显提高。     

蓄能悬架的结构设计与性能研究

针对传统被动悬架行驶平顺性与操纵稳定性之间的矛盾,设计了一种应用惯容器的蓄能悬架结构。针对其结构特点,提出惯容器与阻尼同轴串联一体式布置方案。基于机电相似性理论,建立了含有该结构的四分之一车辆悬架模型,分别在时域与频域范围内对蓄能悬架的动态特性进行仿真研究。理论分析表明:相比于传统被动悬架,平顺性评价指标车身加速度均方根、轮胎动载荷均方根、悬架动行程均方根均有所减小,所设计的蓄能悬架可有效缓冲和衰减来自路面不平度的冲击,其结构简单,便于工程应用。     

"惯容-弹簧-阻尼"半主动悬架鲁棒控制研究

为有效协调车辆乘坐舒适性与行驶安全性,引入"惯容-弹簧-阻尼"(Inerter-Spring-Damper, ISD)结构,并与"弹簧-可调阻尼"构成两级串联式新型半主动悬架结构。为验证该结构的合理性,首先在AMESim中构建了ISD半主动悬架模型,并采用MATLAB/Simulink建立了路面模型和鲁棒控制器模型,然后对ISD鲁棒控制半主动悬架进行了联合仿真分析。结果表明,与ISD悬架相比,ISD鲁棒控制半主动悬架明显衰减了车身垂直振动,抑制了车轮共振,提高了轮胎接地性能,协调了车辆的乘坐舒适性与行驶安全性之间的矛盾。     

基于弹性体车身的驾驶室液压悬置动特性匹配

针对液压悬置特殊的非线性弹性特征及其动特性匹配的复杂性，建立了驾驶室的弹性体模型。在试验验证模型的正确性后导入多体动力学软件中，建立了以弹性体驾驶室为基础的液压悬置系统模型。通过驾驶室悬置系统的振动响应试验验证了系统模型的正确性，确定了系统的响应峰值，并在这些峰值频率下对悬置的动刚度和相位角曲线进行优化匹配。根据优化结果，调整液压悬置的结构参数，并试制了悬置样件，进行了整车试验验证。     

Nonlinear Mathematical Modeling and Sensitivity Analysis of Hydraulic Drive Unit

The previous sensitivity analysis researches are not accurate enough and also have the limited reference value, because those mathematical models are relatively simple and the change of the load and the initial displacement changes of the piston are ignored, even experiment verification is not conducted. Therefore, in view of deficiencies above, a nonlinear mathematical model is established in this paper, including dynamic characteristics of servo valve, nonlinear characteristics of pressure-flow, initial displacement of servo cylinder piston and friction nonlinearity. The transfer function block diagram is built for the hydraulic drive unit closed loop position control, as well as the state equations. Through deriving the time-varying coefficient items matrix and time-varying free items matrix of sensitivity equations respectively, the expression of sensitivity equations based on the nonlinear mathematical model are obtained. According to structure parameters of hydraulic drive unit, working parameters, fluid transmission characteristics and measured friction-velocity curves, the simulation analysis of hydraulic drive unit is completed on the MATLAB/Simulink simulation platform with the displacement step 2 mm, 5 mm and 10 mm, respectively. The simulation results indicate that the developed nonlinear mathematical model is sufficient by comparing the characteristic curves of experimental step response and simulation step response under different constant load. Then, the sensitivity function time-history curves of seventeen parameters are obtained, basing on each state vector time-history curve of step response characteristic. The maximum value of displacement variation percentage and the sum of displacement variation absolute values in the sampling time are both taken as sensitivity indexes. The sensitivity indexes values above are calculated and shown visually in histograms under different working conditions, and change rules are analyzed. Then the sensitivity indexes values of four measurable parameters, such as supply pressure, proportional gain, initial position of servo cylinder piston and load force, are verified experimentally on test platform of hydraulic drive unit, and the experimental research shows that the sensitivity analysis results obtained through simulation are approximate to the test results. This research indicates each parameter sensitivity characteristics of hydraulic drive unit, the performance-affected main parameters and secondary parameters are got under different working conditions, which will provide the theoretical foundation for the control compensation and structure optimization of hydraulic drive unit.     

工程车辆非线性橡胶悬架系统的动态仿真与试验研究

在对某工程车辆非线性橡胶悬架系统进行试验研究的基础上,建立其非线性动力学模型和Simulink动态仿真模型,采用Simulink集成的隆格库塔方法对复杂非线性动力学方程组进行求解,并进行时域的仿真分析,得到各个工况和测点下的动态响应结果与试验基本一致,验证动力学模型及Simulink仿真模型的正确性.该动态模型可用于分析和评价车辆悬架系统的减振性能,并为橡胶悬架系统的参数优化打下基础.     

一种新型液压保护装置的卸荷规律研究

研究一种采用先导阀结构的、用于机械压力机滑块行程调节的新型液压超载保护装置,分析其工作原理,根据液压流体力学理论,建立卸载过程中液压系统的分析模型及先导阀芯运动规律模型,可进行液压系统仿真和结构参数设计优化。     

Simulation Research on Dynamic Characteristics of Hydraulic Mount

At present,research on hydraulic mounts has mainly focused on the prediction of the dynamic stiffness and loss angle.Compared to the traditional finite element analysis method,the programming method can be used to analyze hydraulic mounts for a rapid and accurate understanding of the influence of the different mounting parameters on the dynamic stiffness and loss angle.The aims of this study were to investigate the nonlinear dynamic characteristics of a hydraulic mount,and to identify the parameters that affect the dynamic stiffness and loss angle using MATLAB software programs to obtain the influence curves of the parameters,so as to use suitable parameters as the basis for vibration analysis.A nonlinear mechanical model of a hydraulic mount was established according to the basic principles of fluid dynamics.The dynamic stiffness and loss angle of the dimensionless expression were proposed.A numerical calculation method for the dynamic performance evaluation index of the hydraulic mount was derived.A one-to-one correspondence was established between the structural parameters and peak frequency of the evalua-tion index.The accuracy and applicability of the mechanical model were verified by the test results.The results dem-onstrated the accuracy of the nonlinear mechanical model of the hydraulic mount,and the vehicle driving comfort was greatly improved by the optimization of the structural parameters.     

基于流动模式的汽车双筒式磁流变减振器设计与试验研究

提出一种基于流动模式的汽车单出杆、双筒式磁流变减振器的结构与工作原理,该减振器采用已有汽车悬架双筒式普通液压减振器的设计标准制造,对现有双筒式减振器具有很强工艺继承性。根据Bingham流体模型建立双筒式磁流变减振器阻尼力数学模型,并提出该减振器的磁路设计方法;针对磁路的非轴对称特性,建立磁路三维有限元仿真模型,结合北京现代某款汽车前悬架减振器的技术要求和磁流变液流变特性,进行三维静态磁场分析,确定活塞磁路的主要参数。制作汽车双筒式磁流变减振器,并对此进行台架特性试验;通过试验与理论计算对比,结果表明理论计算数据与试验数据较吻合,所提出的双筒式磁流变减振器设计方法是可行的,对汽车双筒式磁流变减振器的设计使用具有指导意义。     

基于AMESIM的油气悬架系统控制仿真分析

根据井下无轨胶轮车的结构和工作原理,建立的油气悬架的非线性数学模型,利用AMESIM软件建立了油气悬架的虚拟样机模型。论述了油气悬架模型的建立、车辆半主动模糊控制策略及其在油气悬架上的实现。最后进行了油气悬架模糊控制系统的仿真和结果分析,并做出结论和建议。     

柱塞泵压力脉动对液压挖掘机振动特性的影响

针对柱塞泵压力脉动对液压挖掘机振动特性的影响,建立包含发动机、柱塞泵、回转平台、驾驶室在内的液压挖掘机整机的动力学模型。分析作用在液压挖掘机上的柱塞泵压力脉动激励、发动机激励、路面激励3种外激励特性,研究液压挖掘机在外激励作用下的振动性能,揭示柱塞泵压力脉动激励对液压挖掘机振动特性的影响机理,并通过试验进行验证。研究表明:当液压挖掘机处于定置回转、定置工作以及行走工况下,柱塞泵压力脉动激励将对液压挖掘机动态性能产生影响,而当液压挖掘机处于定置怠速工况下,柱塞泵压力脉动激励较小,此时其对液压挖掘机动态性的影响也较小。     

工程车辆悬架橡胶弹簧动力学特性的试验建模研究

基于橡胶弹簧的动特性试验，建立了一个能真实反映工程车辆悬架橡胶弹簧非线性动力学特性的模型，并进行了性能仿真试验，仿真结果与试验结果相吻合，表明所建立的模型符合实际情况，可以为整车悬架系统的动态分析和优化设计提供理论支持。     

基于MATLAB的商用车平顺性优化与分析

为解决传统商用车平顺性优化三要素之间隐性表达式给优化带来不便的问题、分析乘员舒适性与货物安全性对悬架参数改变的响应,提出半显性优化方法。以驾驶室振动和货箱振动加速度加权均方根值为改进目标函数、悬架动行程和车轮动载荷为约束条件,调用振动仿真模型获得目标函数评价,运用均匀设计法得出约束条件与优化变量之间的关系。应用遗传算法实现商用车平顺性优化,获取最优参数匹配,并根据驾驶室与货箱振动时域图与功率谱密度图进行对比分析。结果表明:优化后整车平顺性有明显改善,优化方法可行;货物安全性改变较乘员舒适性改变将近两倍,优化时考虑货箱振动十分必要。