液压惯容器的非线性对ISD悬架动态性能的影响研究

摘要

悬架是汽车的重要总成，与汽车行驶平顺性及安全性密切相关。惯容器(Inerter)的出现以及“惯容器—弹簧—阻尼（Inerter-Spring-Damper，ISD）”悬架的提出为研究汽车悬架系统隔振技术提供了新的研究思路和发展空间。液压惯容器性能优良，可靠性高，可较好地应用于车辆悬架系统，但液压惯容器存在非线性，对液压惯容器非线性特性进行深入研究，可有效推动ISD悬架技术的发展。本文建立了非线性液压惯容器的数学模型，研究了液压惯容器的非线性对液压ISD悬架动态性能的影响，并进行了仿真分析与试验研究。
　　首先，基于液压惯容器的组成结构和工作原理，综合考虑液压惯容器的摩擦以及流动压力损失，建立其非线性模型。通过台架试验估测出液压惯容器的摩擦力，并进行了液压惯容器外特性试验，得到了其示功图及力与加速度特性曲线，以验证所建模型的正确性。
　　第二，通过仿真分析，研究了油液的性质、液压管道、液压马达以及飞轮转动惯量对液压惯容器外特性的影响，得到了液压惯容器的关键参数对液压惯容器外特性的影响规律，并对液压惯容器出现故障导致的泄露进行探讨，为液压惯容器进一步应用于实践提供参考。
　　第三，在液压惯容器非线性模型的基础上，建立了“惯容器—弹簧—阻尼”三元件并联式、两级串联式的1/4非线性液压ISD悬架动力学模型及整车非线性动力学模型，通过仿真分析研究液压惯容器的主要参数对两种结构形式的ISD悬架动态性能的影响以及液压惯容器的非线性对整车动态性能的影响。
　　仿真结果表明非线性使得液压ISD悬架的动态性能存在一定程度的降低，但都不超过12％。此外，两级串联式液压ISD悬架相较于三元件并联式，不仅表现出较好的动态性能，且受液压惯容器非线性的影响程度较小。当液压惯容器的参数变化时，液压惯容器的非线性对俯仰角加速度和侧倾角加速度的影响比较小，均不超过1％。
　　最后，进行两级串联式液压ISD悬架的整车试验，试验结果和仿真结果基本一致。相对于传统被动悬架，两级串联式液压ISD悬架更有效地抑制了车身振动，显著地提高了整车的动态性能，为今后对液压ISD悬架的进一步研究提供了理论支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 “惯容-弹簧-阻尼”悬架的发展现状

1．2．1 机电相似性理论

1．2．2 “惯容-弹簧-阻尼”悬架的发展现状

1．3 本文的研究目的和意义

1．4 本文的主要研究内容

第二章 液压惯容器的非线性模型

2．1 液压式惯容器的工作原理及线性模型

2．1．1 液压式惯容器的工作原理

2．1．2 液压惯容器的线性模型

2．2 液压惯容器的流动压力损失

2．2．1 液压马达的运动原理与压力损失

2．2．1 管道的压力损失

2．3 液压惯容器的非线性数学模型

2．3．1 液压惯容器总体输出力

2．3．2 油液的体积弹性模量

2．3．3 液压惯容器的非线性数学模型

2．4 本章小结

第三章 液压惯容器的外特性研究

3．1 液压惯容器试验要求以及摩擦力的估测

3．1．1 试验设备和方法

3．1．2 液压惯容器摩擦力的估测

3．2 液压减振器外特性仿真与试验验证

3．2．1 液压惯容器台架试验模型搭建

3．2．2 参数设置与外特性仿真试验验证

3．3 液压惯容器关键参数对其外特性的影响

3．3．1 油液的性质对液压惯容器外特性的影响

3．3．2 液压管道对液压惯容器外特性的影响

3．3．3 液压马达对液压惯容器外特性的影响

3．3．4 飞轮转动惯量对液压惯容器外特性的影响

3．3．5 活塞杆直径对液压惯容器外特性的影响

3．4 液压惯容器失效状态的分析

3．5 本章小结

第四章 液压式惯容器非线性对ISD悬架动态性能的影响

4．1 ISD悬架结构

4．1．1 三元件并联结构ISD悬架

4．1．2 两级串联式ISD悬架的实现

4．2 液压惯容器的非线性对1／4液压ISD悬架动态性能的影响

4．2．1 1／4液压ISD悬架模型

4．2．2 不同车速对液压ISD悬架动态性能的影响

4．2．3 管道直径对液压ISD悬架动态性能的影响

4．2．4 管道长度对液压ISD悬架动态性能的影响

4．2．5 液压马达排量对液压ISD悬架动态性能的影响

4．2．6 飞轮转动惯量对液压ISD悬架动态性能的影响

4．2．7 活塞杆的直径对液压ISD悬架动态性能的影响

4．3 惯容器参数对非线性液压ISD悬架整车动态性能的影响

4．3．1 非线性液压ISD悬架整车模型

4．3．2 管道长度对非线性液压ISD悬架整车动态性能的影响

4．3．3 液压马达排量对非线性液压ISD悬架整车动态性能的影响

4．3．4 飞轮转动惯量对非线性液压ISD悬架整车动态性能的影响

4．3．5 活塞杆的直径对非线性液压ISD悬架整车动态性能的影响

4．4 本章小结

第五章 台架试验系统设计与试验研究

5．1 试验设备及仪器

5．1．1 试验设备

5．1．2 试验仪器

5．2 试验方案设计

5．3 试验结果及性能分析

5．3．1 随机路面激励试验

5．3．2 飞轮转动惯量对液压ISD悬架整车动态性能的髟晌

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 进一步的研究与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目及学术成果