商用车驾驶室ISD悬置系统一体化设计与分析

摘要

近年来，随着车辆技术不断发展，人们对乘坐舒适性提出了更高的要求，重型商用车驾驶室乘坐舒适性也变成商用车设计的一项重要指标。传统“阻尼-弹簧”悬置较难适应复杂路况，减振效果较差，因此改善传统悬置性能，进一步提升车辆舒适性具有重要意义。惯容器及“惯容器-弹簧-阻尼”(Inerter-Spring-Damper，ISD)悬置的出现，打破了基于经典隔振理论的传统悬置结构设计理念，为悬置技术的发展提供了一个新的平台。
　　本文基于某款重型商用车整车参数，以改善悬置性能和优化悬置布置空间为目标，采用一体化集成设计，优化空气弹簧、阻尼、惯容器三元件内部结构，设计、开发一款商用车驾驶室ISD隔振悬置系统，并通过仿真分析该悬置的隔振性能。主要内容包括:
　　1.基于新机电相似理论、机械阻抗理论以及机械网络隔振机理，构建较理想、合理的三元件结构布置方式;根据三元件内部结构和相关参数进行一体化集成设计，开发一款ISD一体化集成悬置系统。
　　2.建立三自由度四分之一车驾驶室悬置系统动力学模型，针对ISD一体化悬置动态性能评价指标的多目标及ISD一体化悬置设计的多参数特点，提出采用遗传算法对ISD悬置参数优化的设计方法，确定三自由度四分之一车ISD一体化悬置的参数。在此基础上对所建立的四分之一车模型进行仿真分析，将ISD一体化悬置和样车传统驾驶室悬置的动态性能作对比。
　　3.四分之一车驾驶室悬置系统动力学模型主要分析车辆垂直振动，建模简单便捷，但性能分析存在局限性。半车驾驶室模型除了分析车辆的垂直振动，还分析车辆的俯仰振动，对悬置性能分析比四分之一车驾驶室悬置系统动力学模型更全面。因此，为更准确描述驾驶室ISD一体化悬置的隔振性能，建立六自由度半车驾驶室悬置系统动力学模型，针对ISD一体化悬置动态性能评价指标的多目标及ISD一体化悬置设计的多参数特点，采取遗传算法确定六自由度半车模型ISD一体化悬置的参数，并进行仿真分析，把ISD一体化悬置和样车传统驾驶室悬置的动态性能作对比，仿真结果表明:ISD一体化悬置相对于样车传统驾驶室悬置的驾驶室加速度、驾驶室俯仰角加速度以及悬置动行程有明显改善，说明ISD一体化悬置能有效改善乘坐舒适性，且隔振性能稳定。并根据优化后的参数，对ISD一体化悬置驾驶室前悬置装置部分元件结构进行尺寸设计，完成装置的初步机械设计。
　　通过该研究积累悬置结构设计的相关设计技术经验，为驾驶室ISD悬置的设计和应用提供一定的理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 驾驶室悬置介绍和发展概况

1．2．1 被动驾驶室悬置

1．2．2 半主动驾驶室悬置

1．2．3 主动驾驶室悬置

1．3 惯容器与ISD悬架发展概况

1．3．1 惯容器及ISD悬架的国外研究现状

1．3．2 惯容器及ISD悬架的国内研究现状

1．4 论文课题来源

1．5 论文研究内容和结构安排

第二章 ISD悬置研究理论基础

2．1 悬置性能指标与评价方法

2．1．1 评价方法

2．1．2 性能指标计算方法

2．2 惯容器介绍

2．2．1 惯容器理想模型

2．2．2 惯容器装置介绍

2．3 机电相似理论

2．3．1 传统机电相似理论

2．3．2 新机电相似理论

2．4 ISD悬置机械阻抗分析方法

2．4．1 机械隔振系统中的机械阻抗和导纳

2．4．2 并联和串联的机械阻抗和导纳

2．5 本章小结

第三章 ISD三元件一体化悬置结构方案设计

3．1 ISD悬置中机械网络隔振机理

3．2 ISD三元件一体化悬置结构方案设计

3．2．1 三元件的结构匹配分析与选取

3．2．2 滚珠丝杠惯容器结构介绍

3．2．3 三元件一体化结构方案设计

3．3 本章小结

第四章 四分之一车模型建模及ISD悬置参数的确定及仿真分析

4．1 路面不平度介绍

4．1．1 路面不平度的功率谱密度

4．1．2 空间频率功率谱密度与时间频率功率谱密度转化关系

4．2 建立ISD三元件一体化悬置三自由度四分之一车模型

4．2．1 建模参考样车

4．2．2 动力学模型建立

4．2．3 传递函数的建立

4．3 三元件ISD一体化悬置参数的确定

4．3．1 优化思路

4．3．2 优化结果

4．4 频域仿真分析

4．4．1 系统对路面位移的幅频特性

4．4．2 系统对路面谱密度的响应

4．5 时域仿真分析

4．5．1 随机路面输入模型

4．5．2 状态空间

4．5．3 随机路面输入仿真

4．6 本章小结

第五章 半车模型建模及ISD悬置参数的确定及仿真分析

5．1 建立ISD三元件一体化悬置六自由度半车模型

5．2 参数优化确定

5．3 仿真分析

5．4 ISD一体化悬置系统部分元件结构尺寸确定

5．4．1 滚珠丝杠惯容器动力学分析

5．4．2 前悬置结构部分尺寸参数的确定

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的研究成果