一种基于耦合效应的车辆ISD悬架研究方法

摘要

本发明公开了一种基于耦合效应的车辆ISD悬架研究方法。该研究方法包含如下步骤：(1)确定路面输入；(2)确定悬架系统变量；(3)建立悬架系统耦合集合；(4)提取系统耦合振动特征；(5)建立悬架系统耦合效应模型；(6)设定车辆悬架性能评价指标；(7)对悬架耦合效应模型进行仿真；(8)对耦合效应对车辆悬架性能的影响进行评价。本发明基于耦合效应研究车辆ISD悬架性能，为悬架的设计及其性能研究提高了一种新的方法。

说明书

技术领域

本发明属于车辆悬架系统研究领域，尤其是对于应用惯容器技术的ISD(Inerter-spring-damper)悬架系统的耦合振动。本发明涉及一种车辆ISD悬架的研究方法，特指一种车辆ISD悬架耦合效应研究方法。

背景技术

悬架是指在车辆中用来连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)的传力装置，其性能的好坏与车辆的平顺性、操稳性和安全性直接相关。传统被动悬架均是“弹簧-阻尼器”二元件并联结构，元件参数难以调节且结构固化，阻碍了其性能的提升。

2002年，剑桥大学教授Smith提出了一种两端点质量元件-惯容器，与弹簧、阻尼构成车辆ISD悬架(Inerter-spring-damper)结构。实现既能够缓冲并衰减高频振动和冲击，也能缓冲并衰减低频振动和冲击的隔振结构。惯质悬架将惯容器应用于悬架领域，使得悬架设备在全频域都具有较好的隔振性能。

但车辆ISD悬架系统多元件、多参数的复杂网络拓扑结构特点决定了悬架系统内部必然存在复杂的耦合振动效应。目前针对该现象的研究方法较少，不能满足车辆ISD悬架领域的研究需要。

发明内容

基于以上原因，本发明提供了一种基于耦合效应的车辆ISD悬架研究方法，可以运用此方法对悬架系统内部多元件的耦合振动现象进行研究分析，确定悬架结构的耦合振动特征，揭示悬架系统内部的复杂耦合效应对悬架性能的影响。该方法可以自行设计车辆悬架性能的综合评价指标，并根据需要选择合适的性能指标加权系数。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案为一种基于耦合效应的车辆ISD悬架研究方法，包括如下步骤：

步骤1)，确定路面输入参数，即路面不平度系数G₀、下截至频率f₀和车速u。

步骤2)，确定所研究的悬架结构的各元件参数的变量范围。

即：初步将悬架的参数i确定在[i_min，i_max]之间，其中，i可以为簧载质量m_s、簧下质量m_u、弹簧刚度K、阻尼系数c、惯质系数b和轮胎刚度K_t等参数。

步骤3)，建立耦合振动效应集合A,反应悬架系统的耦合振动关系。

步骤4)，根据集合内元素对车辆性能的影响力，提取系统的耦合振动特征。

步骤5)，根据需要研究的悬架具体结构建立对应的悬架系统的动力学模型。

步骤6)，将步骤4)中提取的耦合振动特征与悬架的动力学模型相结合，得到反应悬架耦合效应的动力学模型。

步骤7)，根据研究目的，建立车辆悬架性能综合评价体系，包括车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程。

步骤8)，在不同程度的耦合振动下对悬架耦合模型进行仿真，得到不同耦合振动下悬架的性能指标曲线。

步骤9)，结合步骤7)的评价体系与步骤8)得到的性能曲线对车辆性能受ISD悬架耦合效应的影响进行评价。

进一步，所述步骤2)中，根据研究需要确定悬架参数变量并定义变量集合P＝Q

进一步，所述步骤3)和步骤4)中采用定义惯质耦合振动系数集合A反应悬架系统间的耦合振动效应，并从中集合A中提取耦合振动特征元素x。其中集合A定义如下:

采用影响力系数作为耦合特征提取指标

进一步，所述步骤6)中，将悬架系统内的多元件振动耦合效应引入悬架系统中，建立了悬架耦合动力学模型。

本发明的有益效果是：本发明能够快速、准确的寻找悬架系统多元件的耦合振动特征集合，再根据研究所需精度要求进行进一步的特征提取。该方法对于悬架设计及其性能的研究都提供了一种新的方法与思路，尤其对于多元件的车辆ISD悬架，由于增加了惯性元件，导致结构更为复杂化，悬架系统内部的耦合振动更为复杂，而本发明所述方法能够根据需要，快速准确的研究分析悬架系统多元件间的耦合效应。

附图说明

图1为所述一种基于耦合效应的车辆ISD悬架研究方法流程图；

图2为所述方法的实施例一中所采用的悬架结构图；

图3为图2实施例一中结构的车辆ISD悬架的四分之一模型示意图；

图4为采用本发明所述研究方法得到的悬架系统耦合效应对车辆ISD悬架的影响频域图，

其中(a)为车身加速度频域图，(b)为悬架动行程频域图，(c)为轮胎动载荷频域图；

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1为所述一种基于耦合效应的车辆ISD悬架研究方法流程图，图2为所述方法的实施案列一中所采用的悬架结构。

以此为例进行悬架系统耦合振动效应对悬架性能影响的研究。

步骤1)，确定路面输入参数，如表1所示。

表1路面输入参数表

步骤2)，确定所研究的悬架结构的各元件参数变量及其范围，如表2所示。

表2变量取值范围

该步骤中，所需确定的参数变量可以为一个、两个或者多个；并定义集合P＝QP＝{k，m1，m2，kt，c，b}；

步骤3)，定义耦合系数集合A。

步骤4)，采用影响力系数作为耦合特征提取指标。本次实施案例中得到的耦合特征如下：

步骤5)，根据图2所示的悬架结构，建立对应的悬架四分之一模型，如图3所示并列出其动力学方程为：

其中，z_s为簧上质量的位移，z_u为簧下质量的位移，z_r为路面激励的位移，zb为惯容器两端的位移,u为惯容器所受力。

步骤6)，将步骤4)中提取的耦合振动特征与悬架的动力学方程相结合，得到反应悬架耦合效应的悬架传递函数如下：

其中，Y(s)为悬架结构导纳，H₁(s)、H₂(s)、H₃(s)分别为车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程传递函数。

步骤7)，根据研究目的，建立车辆悬架性能综合评价体系，包括车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程。

步骤8)，对不同大小的耦合特征下的悬架模型在Matlab/Simlink等软件下进行仿真，得到不同大小耦合下的下悬架的性能指标曲线，即车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷的性能曲线。

步骤9)，分析性能曲线，对车辆性能受ISD悬架耦合效应的影响进行评价。

如图4所示，即为本发明实施案例所的悬架系统耦合振动下的性能曲线频域图，其中(a)为车身加速度频域图，(b)为悬架动行程频域图，(c)为轮胎动载荷频域图。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。