馈能式转向减振器应用于车辆摆振控制的动力学分析评估

摘要

由于摆振对汽车动力性、操控稳定性以及零部件寿命等多方面的危害，国内外相关学者对摆振机理及其控制做了大量研究，取得了很多重要成果，但由于问题的复杂性，这些理论尚不成熟，要在实际中解决摆振问题还比较困难，本文对车轮动不平衡激励下的摆振系统动力学响应进行分析，对馈能减震器应用在转向系统上的可行性进行了评估，并对考虑馈能减震器的车辆摆振动力学响应做了分析，为摆振的控制提供了理论依据。
　　 本文考虑前轮动不平衡为外激励，建立了车轮外激励下的三自由度摆振系统动力学模型。应用数值分析方法，通过相图、Poincaré映射结合功率谱和分岔特性等分析，讨论了考虑动不平衡激励的车辆摆振系统动力学响应，并对车辆摆振响应中的频率成分及其特征进行了系统的分析讨论。结果表明:车轮动不平衡激励下，摆振响应中通常同时包含强迫摆振与自激摆振两种成分，这两种成分在摆振系统响应中所占比例主要取决于车速和动不平衡激励大小;摆振形态和自激振动下的摆振形态有较大差别，随着动不平衡激励的增加，摆振会由系统自身结构引起的自激振动成分占主导逐步转变为由外激励引起的强迫振动占主导，摆振系统在摆振车速区间内由拟周期运动逐步变为单周期运动;
　　 在考虑车轮动不平衡激励的三自由度摆振系统动力学模型基础上，结合电机及滚珠丝杠的机械特性，建立了含馈能电动减震器的摆振模型。以摆振的控制为目标，以转向手力为约束，对滚珠丝杠的导程和外接电阻进行了匹配，并对该参数下的摆振系统动力学响应做了分析。结果表明:由于减震器的引入车轮摆振幅值大幅度减小，不仅如此，运动方程的解的结构也发生了较大的变化，原先在部分车速出现的拟周期运动以及摆振幅值的跳跃等在引入减震器后均成为了单周期运动，更为简单的运动特性也有助于车轮摆振的控制。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 摆振产生的机理

1．2 前轮摆振的研究概况

1．3 能量回馈机理

1．4 馈能减震器的研究概况

1．5 主要研究内容

第二章 加装馈能电动转向减震器的可行性研究

2．1 三自由度摆振模型描述

2．1．1 摆振系统动力学方程

2．1．2 轮胎侧偏力描述

2．2 摆振能量回收潜力研究

2．2．1 左右轮摆振情况分析

2．2．2 能量回收潜力分析

2．3 减震器视为等效阻尼时对车轮摆振的影响

2．3．1 模型建立

2．3．2 算例分析

2．4 加装减震器对转向盘手力的影响

2．4．1 公式推导

2．4．2 算例分析

2．5 本章小结

第三章 车轮动不平衡对摆振的影响

3．1 考虑动不平衡的摆振动力学模型

3．2 仿真分析及结果

3．2．1 不同动不平衡激励下的摆振动力学分析

3．2．2 摆振响应中的频率成分研究

3．3 动不平衡对摆振影响的相关结论

3．4 本章小结

第四章 考虑加入馈能电动转向减震器的前轮摆振模型的建立

4．1 馈能式电动转向减震器工作原理

4．2 馈能电机作动器总体设计

4．3 电动减震器的特征参数

4．3．1 永磁无刷直流电机特征参数

4．3．2 滚珠丝杠特征参数

4．4 含电动减震器的摆振模型建立

4．4．1 电机作动器处于随动状态下的机械特性

4．4．2 选定电机下的减震器模型建立

4．5 本章小结

第五章 加入馈能转向减震器对前轮摆振的影响

5．1 滚珠丝杠导程匹配算例

5．2 不同控制参数下的摆振响应情况

5．2．1 外接电阻对摆振峰值的影响

5．2．2 选定电阻下的车轮摆角动力学分析

5．3 通过外接电阻调节实现车轮摆振方法研究

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士期间参加的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文