基于刚度和阻尼可调式新型减振支柱的半主动悬架性能及其与整车匹配研究

摘要

空气弹簧与减振器一体式减振支柱具有非线性刚度与非线性阻尼关联可调的独特性能。通过改变空气弹簧的初始气压和减振器的阻尼档位，适应不同的行驶工况，可以提高车辆乘坐舒适性、操纵稳定性和道路友好性。本文在课题组已有研究基础上，将一种由可变刚度空气弹簧和可调阻尼减振器组成的一体式减振支柱应用于某乘用车悬架系统，研究该减振支柱的刚度与阻尼变化对整车性能的影响，以掌握一体式减振支柱与半主动悬架及整车的匹配方法。
　　介绍了新型一体式减振支柱的结构与工作原理，分析了其性能特点。针对某乘用车对前、后悬架的结构和性能要求，设计了前、后悬架一体式减振支柱。运用MATLAB/Simulink软件建立了前、后悬架一体式减振支柱的刚度和阻尼特性仿真模型，根据仿真结果，分析了一体式减振支柱的刚度与阻尼特性。
　　研制了前、后悬架一体式减振支柱样件，进行了台架性能试验，试验结果表明：在同一初始压力下，减振支柱的弹性力随着拉伸或压缩行程的变化而呈现非线性变化；减振支柱的垂向刚度随工作行程的变化而变化，当悬架压缩行程超过0.02m时，总成刚度急剧增大，这对于在不良路面条件下的车轮跳动可以起到良好的抑制作用，并可避免“悬架击穿”。减振支柱的示功特性曲线与普通减振器相比有明显的倾斜，曲线的倾斜程度与空气弹簧的刚度特性有关，刚度越大则倾斜程度越大。
　　基于所设计的一体式减振支柱，运用MATLAB/Simulink软件建立了1/4车辆二自由度半主动悬架系统模型，对半主动悬架的性能进行仿真，结果表明，通过改变不同工况下的刚度与阻尼的匹配方式，可以改善车辆动态性能。在此基础上，运用MATLAB/Simulink软件建立了七自由度整车半主动悬架系统模型，以质心加速度均方根值、轮胎动载荷均方根值和悬架动行程均方根值的加权值最小为目标，使用评价指标无量纲化法，研究了一体式悬架减振支柱与整车性能的匹配效果。仿真结果表明：在典型工况下，质心加速度均方根值、悬架动行程和轮胎动载荷均得到改善。