汽车悬架非线性振动特性分析

论文摘要

进入二十一世纪,随着电液控制、计算机技术的发展,传感器、微处理器以及电、液控制元件制造技术的提高和对材料研究的深入,汽车悬架的性能及控制技术得到不断提高,其结构也在不断改进。由于非线性因素广泛的存在于汽车系统中,因此对车辆悬架及其振动控制系统的研究和开发已成为国内外车辆工程领域的关键课题。建立汽车非线性悬架模型并利用现代非线性动力学理论,开展汽车非线性悬架模型的深入研究,对于深入揭示汽车悬架振动规律具有重要意义。本文主要运用平均法,对汽车悬架系统的非线性振动微分方程求解,分析其振动特性,为实现悬架的优化设计和合理控制提供理论依据。主要内容包括以下几个方面:1、针对变截面钢板弹簧悬架系统建立1/4车体的悬架模型,对其非线性振动微分方程用KB法求解,得到微分方程的近似解析解。用MATLAB对数值解和解析解进行分析,讨论非线性弹簧刚度系数、阻尼系数、地面不平度幅值对振动曲线的影响。2、对磁流变阻尼悬架系统,在不忽略汽车轮胎阻尼的情况下,建立基于Sigmoid模型的两自由度振动微分方程,用非线性理论的平均法进行求解,得到微分方程的近似解析解。对求解结果用MATLAB进行分析,得到了非线性弹簧刚度、阻尼系数、地面不平度对共振曲线的影响曲线,揭示了汽车悬架的非线性振动机理,为车辆半主动悬架控制系统的设计提供了理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 非线性振动研究的历史、现状及应用
• 1.2 汽车悬架非线性振动研究的历史、现状及应用
• 1.2.1 汽车悬架的历史及发展概况
• 1.2.2 悬架系统的非线性研究现状和分析
• 1.2.3 国内、外对主动、半主动悬架的研究现状
• 1.3 论文的目的和意义
• 1.4 研究的方法和内容安排
• 第二章 汽车悬架非线性方程的近似解析解
• 2.1 汽车悬架的结构和工作原理
• 2.1.1 汽车悬架的结构
• 2.1.2 汽车悬架的分类
• 2.2 采用变截面刚度渐变弹簧的非线性悬架
• 2.2.1 渐变刚度钢板弹簧悬架的结构
• 2.2.2 渐变刚度钢板弹簧力——位移关系
• 2.3 轮胎的非线性
• 2.4 汽车悬架非线性振动分析
• 2.4.1 建立汽车悬架的力学模型
• 2.4.2 建立汽车悬架的数学模型
• 2.4.3 平均法理论
• 2.4.4 非线性方程组的标准变换
• 2.4.5 共振情况的定常解
• 2.4.6 考虑轮胎非线性求解定常解
• 2.5 本章小结
• 第三章 悬架非线性振动特性分析
• 3.1 常微分方程的数值解法
• 3.2 系统振动信号的频谱分析
• 3.3 数值计算与频谱分析结果
• 3.4 激励频率对悬架系统幅值的影响
• 3.5 悬架系统振幅与非线性系数的关系
• 3.6 对常微分方程的解析解的分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 半主动悬架系统非线性特性分析
• 4.1 悬架的减振特性
• 4.1.1 被动悬架
• 4.1.2 主动悬架
• 4.1.3 半主动悬架
• 4.1.4 磁流变阻尼器的力学模型
• 4.2 半主动汽车悬架非线性振动分析
• 4.2.1 建立汽车悬架的数学模型
• 4.2.2 简化库仑力
• 4.2.3 非线性方程组的标准变换
• 4.2.4 共振情况的定常解
• 4.3 数值仿真计算
• 4.3.1 理论解与数值解对比
• 4.3.2 车身位移幅频曲线图和各参数对系统响应的影响图
• 4.3.3 不同激励幅值下的频谱图分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 未来的工作展望
• 参考文献
• 致谢