重型多轴车辆油气ISD悬架设计与试验
发布时间：2021-08-31 23:01
“惯容-弹簧-阻尼”悬架（Inerter-Spring-Damper,ISD悬架）能改善车辆的行驶平顺性与行驶安全性,具有较高的工程应用价值和广泛的应用前景。研究表明,两级串联ISD悬架具有较突出的综合性能,但“机械式”两级串联ISD悬架存在悬架元件数量多,结构复杂,工程化实现困难等问题。本文通过油气弹簧与液力式惯容器的融合设计,提出了一种“油气式”两级串联ISD结构及其工程化实现方案,通过仿真与试验分析了该悬架的综合性能。结果表明,油气ISD悬架不仅能抑制车身的低频共振,还能减少轮胎的高频跳动,提升道路友好性,为两级串联ISD悬架的工程应用奠定了基础。首先,根据新机电相似理论,基于液力惯容器与油气弹簧的融合设计,提出了一种油气ISD悬架及其在重型多轴车辆平台的工程化实现方案,揭示了油气ISD悬架与两级串联ISD悬架的等价关系,并基于“惯容—弹簧—质量”系统的反共振现象,阐述了“机械式”两级串联ISD悬架的隔振原理与良好的综合性能,为两级串联ISD悬架的工程化提供了理论依据。其次,基于1/4车辆悬架模型,采用遗传算法对油气ISD悬架的关键结构参数进行优化。比较分析了优化前、后油气ISD...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机械
重型多轴车辆油气ISD悬架设计与试验4机械式惯容器主要分为齿轮齿条式和滚珠丝杠式，最早由Smith和WangFC[25-26]先后提出。齿轮齿条式惯容器利用齿条齿轮机构将惯容器两端的直线运动转化成飞轮的旋转运动，并储存大量动能，通过齿轮副的增速原理实现对飞轮转动惯量的放大，其具体结构如图1.4(a)所示，但齿轮背隙会造成系统响应延迟与冲击的问题；滚珠丝杠式惯容器通过滚珠丝杠驱动装置内螺母的转动，实现动能的储存和惯性的封装，其具体结构如图1.4(b)所示，虽然滚珠丝杠式惯容器极大改善了背隙问题，但在高速旋转时会产生偏心问题。(a)齿轮齿条式(b)滚珠丝杠式图1.4机械式惯容器Fig.1.4Mechanicalinerters流体式惯容器主要分为液压马达式和液力式。2009年，王富正提出了一种液压马达式惯容器[26]，具体结构如图1.5(a)所示。该惯容器利用活塞与液压缸的相对运动，流动的油液会驱动液压马达旋转，储存大量动能。这种形式的惯容器解决了机械式惯容器背隙和偏心的问题，虽然能够产生的较大的惯容，但体积也更大，适合于建筑系统隔振。2011年，莲花-雷诺车队[27]提出了一种液力惯容器装置，用于改善赛车的轮胎抓地性能，如图1.5(b)所示。该装置内螺旋管与活塞的有效流通面积相差非常大，根据体积守恒原理，活塞驱动油液流量与通过螺旋管流量时刻相等，所以螺旋管内的油液速度远大于活塞内的油液速度，对油液的惯性有放大作用，流体质量的惯性被封装在液力式惯容器内。液力惯容器具有承载力大、响应速度快等特点，并且解决了背隙、偏心等问题，具有良好的发展前景。
江苏大学硕士学位论文5左腔螺旋管右腔活塞杆液压缸凹凸橡胶(a)液压马达式(b)液力式图1.5流体式惯容器Fig.1.5Fluidinerters1.2.2基于液力惯容器的悬架融合设计为了解决ISD悬架空间布置的问题，研究人员尝试了液力惯容器与其他元件的融合设计的方法。在布置空间有限的情况下，可将惯容器，弹簧和阻尼器从内部结构上进行优化设计。2013年，Smith[28]教授团队提出在液力式惯容器的活塞上开设阻尼孔，该模型可以等效为惯容与阻尼的串联结构，但同时会产生与惯容器并联的寄生阻尼，如图1.6所示。Smith团队采用的这种融合设计方法，使惯容与阻尼成为一个机械单元，但这只是一种两元件融合，未能实现惯容、弹簧与阻尼的三元件融合。液压缸活塞螺旋管阻尼孔crFFbcx2xsx1(a)活塞上开设阻尼孔(b)惯容-阻尼串联图1.6液力惯容器Fig.1.6Fluidinerter传统的弹性元件虽然易于布置，但存在“机械式”结构的固有束缚，与ISD悬架的一体化设计会产生结构复杂、空间布置困难的问题。油气弹簧是一种弹簧与阻尼两元件融合的结构，以气体作为弹性介质，以油液作为传力介质的装置，通过在蓄能器出口设置阻尼孔代替传统的减振器。同时，油气悬架具有非线性刚度、结构紧凑、易于布置、能实现车身姿态调节等优点，这为惯容、弹簧与阻尼的三元件的融合带来了新的思路。目前，油气悬架的技术已经比较成熟，具有较高的工程应用价值，并且已经实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]气体弹簧悬架导向机构刚度计算及减振器布置[J]. 周良生,彭莫,杨月海,卫晓军,岳惊涛. 军事交通学院学报. 2020(02)
[2]车辆悬架系统及其性能评价综述[J]. 张俊红,洪刘生,杨文钊,郭鹏,He Zhenpeng. 机械设计与研究. 2015(06)
[3]惯容器对双层隔振系统动态性能的影响[J]. 昝浩,温华兵,潘朝峰,仲启东. 机械设计与研究. 2015(03)
[4]被动天棚阻尼悬架降阶与优化[J]. 蒋涛,陈龙,张孝良. 汽车工程学报. 2015(03)
[5]新型混联式ISD悬架建模与参数优化[J]. 聂佳梅,张孝良,孙晓强,陈龙. 汽车技术. 2015(02)
[6]改进的ISD三元件车辆被动悬架性能的研究[J]. 陈龙,杨晓峰,汪若尘,黄晨,沈钰杰. 汽车工程. 2014(03)
[7]基于无量纲分析的磁流变隔振器阻尼参数优化[J]. 李锐,杜鹏飞,徐文韬,张雄. 振动.测试与诊断. 2014(01)
[8]理想天棚阻尼的被动实现方法[J]. 张孝良,聂佳梅,袁朝春,侯永涛. 北京理工大学学报. 2014(01)
[9]双气室油气平衡悬架的设计[J]. 王勋,陈思忠. 北京理工大学学报. 2012(05)
[10]2级串联型ISD悬架频响特性分析与试验[J]. 张孝良,陈龙,聂佳梅,汪若尘,陈月霞. 江苏大学学报(自然科学版). 2012(03)
博士论文
[1]理想天棚阻尼的被动实现及其在车辆悬架中的应用[D]. 张孝良.江苏大学 2012
[2]大型轮式车辆油气悬架及电液伺服转向系统研究[D]. 杜恒.浙江大学 2011
硕士论文
[1]横向互联油气ISD悬架的建模与试验[D]. 张田.江苏大学 2019
[2]非线性忆惯容器及其对车辆悬架性能的影响[D]. 高乔.江苏大学 2019
[3]连通式油气悬架系统特性研究[D]. 方新.大连理工大学 2011
[4]油气悬架对整车动力学性能的影响[D]. 徐文立.吉林大学 2011
本文编号：3375771
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机械
重型多轴车辆油气ISD悬架设计与试验4机械式惯容器主要分为齿轮齿条式和滚珠丝杠式，最早由Smith和WangFC[25-26]先后提出。齿轮齿条式惯容器利用齿条齿轮机构将惯容器两端的直线运动转化成飞轮的旋转运动，并储存大量动能，通过齿轮副的增速原理实现对飞轮转动惯量的放大，其具体结构如图1.4(a)所示，但齿轮背隙会造成系统响应延迟与冲击的问题；滚珠丝杠式惯容器通过滚珠丝杠驱动装置内螺母的转动，实现动能的储存和惯性的封装，其具体结构如图1.4(b)所示，虽然滚珠丝杠式惯容器极大改善了背隙问题，但在高速旋转时会产生偏心问题。(a)齿轮齿条式(b)滚珠丝杠式图1.4机械式惯容器Fig.1.4Mechanicalinerters流体式惯容器主要分为液压马达式和液力式。2009年，王富正提出了一种液压马达式惯容器[26]，具体结构如图1.5(a)所示。该惯容器利用活塞与液压缸的相对运动，流动的油液会驱动液压马达旋转，储存大量动能。这种形式的惯容器解决了机械式惯容器背隙和偏心的问题，虽然能够产生的较大的惯容，但体积也更大，适合于建筑系统隔振。2011年，莲花-雷诺车队[27]提出了一种液力惯容器装置，用于改善赛车的轮胎抓地性能，如图1.5(b)所示。该装置内螺旋管与活塞的有效流通面积相差非常大，根据体积守恒原理，活塞驱动油液流量与通过螺旋管流量时刻相等，所以螺旋管内的油液速度远大于活塞内的油液速度，对油液的惯性有放大作用，流体质量的惯性被封装在液力式惯容器内。液力惯容器具有承载力大、响应速度快等特点，并且解决了背隙、偏心等问题，具有良好的发展前景。
江苏大学硕士学位论文5左腔螺旋管右腔活塞杆液压缸凹凸橡胶(a)液压马达式(b)液力式图1.5流体式惯容器Fig.1.5Fluidinerters1.2.2基于液力惯容器的悬架融合设计为了解决ISD悬架空间布置的问题，研究人员尝试了液力惯容器与其他元件的融合设计的方法。在布置空间有限的情况下，可将惯容器，弹簧和阻尼器从内部结构上进行优化设计。2013年，Smith[28]教授团队提出在液力式惯容器的活塞上开设阻尼孔，该模型可以等效为惯容与阻尼的串联结构，但同时会产生与惯容器并联的寄生阻尼，如图1.6所示。Smith团队采用的这种融合设计方法，使惯容与阻尼成为一个机械单元，但这只是一种两元件融合，未能实现惯容、弹簧与阻尼的三元件融合。液压缸活塞螺旋管阻尼孔crFFbcx2xsx1(a)活塞上开设阻尼孔(b)惯容-阻尼串联图1.6液力惯容器Fig.1.6Fluidinerter传统的弹性元件虽然易于布置，但存在“机械式”结构的固有束缚，与ISD悬架的一体化设计会产生结构复杂、空间布置困难的问题。油气弹簧是一种弹簧与阻尼两元件融合的结构，以气体作为弹性介质，以油液作为传力介质的装置，通过在蓄能器出口设置阻尼孔代替传统的减振器。同时，油气悬架具有非线性刚度、结构紧凑、易于布置、能实现车身姿态调节等优点，这为惯容、弹簧与阻尼的三元件的融合带来了新的思路。目前，油气悬架的技术已经比较成熟，具有较高的工程应用价值，并且已经实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]气体弹簧悬架导向机构刚度计算及减振器布置[J]. 周良生,彭莫,杨月海,卫晓军,岳惊涛. 军事交通学院学报. 2020(02)
[2]车辆悬架系统及其性能评价综述[J]. 张俊红,洪刘生,杨文钊,郭鹏,He Zhenpeng. 机械设计与研究. 2015(06)
[3]惯容器对双层隔振系统动态性能的影响[J]. 昝浩,温华兵,潘朝峰,仲启东. 机械设计与研究. 2015(03)
[4]被动天棚阻尼悬架降阶与优化[J]. 蒋涛,陈龙,张孝良. 汽车工程学报. 2015(03)
[5]新型混联式ISD悬架建模与参数优化[J]. 聂佳梅,张孝良,孙晓强,陈龙. 汽车技术. 2015(02)
[6]改进的ISD三元件车辆被动悬架性能的研究[J]. 陈龙,杨晓峰,汪若尘,黄晨,沈钰杰. 汽车工程. 2014(03)
[7]基于无量纲分析的磁流变隔振器阻尼参数优化[J]. 李锐,杜鹏飞,徐文韬,张雄. 振动.测试与诊断. 2014(01)
[8]理想天棚阻尼的被动实现方法[J]. 张孝良,聂佳梅,袁朝春,侯永涛. 北京理工大学学报. 2014(01)
[9]双气室油气平衡悬架的设计[J]. 王勋,陈思忠. 北京理工大学学报. 2012(05)
[10]2级串联型ISD悬架频响特性分析与试验[J]. 张孝良,陈龙,聂佳梅,汪若尘,陈月霞. 江苏大学学报(自然科学版). 2012(03)
博士论文
[1]理想天棚阻尼的被动实现及其在车辆悬架中的应用[D]. 张孝良.江苏大学 2012
[2]大型轮式车辆油气悬架及电液伺服转向系统研究[D]. 杜恒.浙江大学 2011
硕士论文
[1]横向互联油气ISD悬架的建模与试验[D]. 张田.江苏大学 2019
[2]非线性忆惯容器及其对车辆悬架性能的影响[D]. 高乔.江苏大学 2019
[3]连通式油气悬架系统特性研究[D]. 方新.大连理工大学 2011
[4]油气悬架对整车动力学性能的影响[D]. 徐文立.吉林大学 2011
本文编号：3375771
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