一种新型座椅半主动悬架系统振动特性研究

论文摘要

随着人们对非道路车辆乘坐舒适性要求的进一步提高,座椅减振显得尤为重要。座椅半主动悬架系统无需外界输入能量,可以在一定范围内对悬架弹性元件的刚度和阻尼元件的阻尼进行适应性调节,兼备座椅主动悬架隔振性能良好和座椅被动悬架结构简单、成本低的优点,有广泛的应用前景,是座椅悬架的发展方向之一本课题设计了一种新型带空气弹簧和磁流变减振器的座椅半主动悬架,用理论分析、实验研究和仿真的方法系统地研究了其振动特性。将带附加气室的空气弹簧、比例流量阀及磁流变减振器布置在剪式座椅上板和底板之间,通过控制比例流量阀输入电压和磁流变减振器输入电流,找出了不同驾驶员体重、空气弹簧压力、激振台激励下座椅半主动悬架振动特性参数随磁流变减振器输入电流及比例流量阀输入电压变化的规律,得出了不同簧载质量下使得座椅悬架位移传递率及响应加速度最小的优化参数。所完成的工作及取得的结论归纳如下：1.设计了一种新型带空气弹簧和磁流变减振器的座椅半主动悬架。基于带附加气室空气弹簧系统的非线性动力学理论模型和达朗贝尔原理建立了座椅半主动悬架系统的理论模型,推导出了其运动微分方程及等效刚度、等效阻尼、固有频率及等效阻尼比的理论计算公式,并借助MATLAB编写程序求解并分析了不同空气弹簧布置位置、磁流变减振器输入电流、空气弹簧压力、激励频率及比例阀输入电压对座椅悬架的等效刚度、等效阻尼、固有频率和阻尼比的影响。2.构建了座椅半主动悬架振动特性实验系统,并进行了实验研究。研制了新型座椅半主动悬架样机,构建了其振动特性测试系统,通过控制比例阀的输入电压及磁流变减振器的输入电流调节各种工况下座椅悬架系统的等效刚度和等效阻尼。研究了不同簧载质量、空气弹簧压力和激励频率下座椅悬架振动特性随比例阀输入电压和磁流变减振器输入电流变化的规律,并得出不同簧载质量下使得座椅悬架位移传递率及响应加速度最小的优化参数。3.利用多体动力学软件ADAMS建立了新型座椅半主动悬架仿真模型,通过一典型工况分析了其振动特性,包括不同激振频率下比例阀输入电压对座椅悬架位移传递率及响应加速度均方根值的影响,并对理论、实验和仿真三种方式的研究结果作了比较分析,最后提出了此新型座椅悬架系统的控制策略。4.通过理论、实验及仿真三种方式研究得出：通过控制比例阀的电压可以调节系统的共振频率,系统的共振频率随着比例阀电压增大而减小,当比例阀电压由2.2V增大到2.8V时,系统的共振频率发生突变,由2Hz降低到1.5Hz。磁流变减振器电流仅在比例阀输入电压为0V时对位移传递率及加速度均方根值的影响较大,此时磁流变电流的增大明显降低了系统在共振区的位移传递率及加速度均方根值,但在其他电压值时,磁流变电流对位移传递率及加速度均方根值的影响很小,这主要由于比例阀电压增大后,由带附加气室空气弹簧产生的阻尼增大并成为主要影响因素。本课题为非道路车辆座椅半主动悬架系统提供了一种新的设计方案,研究结果对该系统的设计有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.1.1 车辆座椅悬架分类
• 1.1.2 座椅半主动悬架
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究目标和内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 座椅半主动悬架系统理论研究
• 2.1 座椅半主动悬架系统设计
• 2.1.1 总体方案设计
• 2.1.2 带附加气室空气弹簧系统设计
• 2.1.2.1 空气弹簧选择
• 2.1.2.2 附加气室设计
• 2.1.2.3 节流孔控制阀选择
• 2.1.3 磁流变减振器的选择
• 2.2 理论模型的建立
• 2.2.1 运动微分方程
• 2.2.2 振动特性
• 2.3 计算实例
• 2.3.2 空气弹簧位置的影响
• 2.3.3 磁流变减振器输入电流的影响
• 2.3.4 空气弹簧压力及等效簧载质量的影响
• 2.3.5 激励频率的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 实验系统构建及实验方案设计
• 3.1 座椅悬架系统构建
• 3.1.1 空气弹簧及附加气室的安装
• 3.1.2 比例阀的安装
• 3.2 座椅悬架振动测试系统设计
• 3.2.1 Labview软件介绍
• 3.2.2 测试系统硬件组成
• 3.2.3 测试系统程序编写
• 3.3 实验仪器及设备
• 3.4 实验系统构建
• 3.5 实验方案及步骤
• 3.5.1 实验方案
• 3.5.2 实验步骤
• 第四章 座椅半主动悬架系统实验研究
• 4.1 位移和加速度响应的时间历程
• 4.2 位移幅频特性
• 4.2.1 簧载质量为65kg时位移幅频特性
• 4.2.2 簧载质量为75kg时位移幅频特性
• 4.2.3 簧载质量为85kg时位移幅频特性
• 4.3 加速度均方根值
• 4.3.1 簧载质量为65kg时加速度均方根值
• 4.3.2 簧载质量为75kg时加速度均方根值
• 4.3.3 簧载质量为85kg时加速度均方根值
• 4.4 本章小结
• 第五章 座椅半主动悬架系统仿真研究
• 5.1 ADAMS软件介绍
• 5.2 仿真模型建立
• 5.3 仿真方案
• 5.4 仿真结果分析
• 5.4.1 位移幅频特性
• 5.4.2 加速度均方根值
• 5.5 与理论计算结果及实验结果比较分析
• 5.6 控制策略的提出
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 主要创新内容
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文