可调阻尼减振器的数学建模与执行机构的研究_精品文档.pdf

1、沈阳理工大学硕士学位论文可调阻尼减振器的数学建模与执行机构的研究姓名：王新芳申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：陈克201203沈刚理：大学硕士学位论文摘要阻尼可调减振器是汽车半主动悬架的关键部件，对汽车悬架的减振效果有重要影响j 建立了悬架系统物理模型，根据悬架系统受力情况，采用牛顿笫二定律建立悬架系统线性微分方程，基于“天棚”控制原理，分别对安装定阻尼、阻尼两级可调减振器的悬架系统在随机路面下，采用M A T L A B s I M U L I N K 进行建模仿真，得到汽车的加速度、悬架动挠度和车轮相对动载：通过比较分析：采用阻尼两级可调减振器的悬架系统减振效果明显，可提高汽车的行

2、驶平顺性，为设计开发阻尼分级可调减振器和研究汽车半主动悬架提供了重要依据。根据减振器的工作原理，和小孔流量公式，建立了减振器的数学模型，通过M A T L A B 的M 文件编程，得到减振器的示功图和速度特性曲线，验证所建数学模型的合理性。对可调阻尼减振器的执行机构进行计算选型，对减振器的可调阻尼进行仿真，验证所选执行机构的可实施性。关键词：半主动悬架；可调阻尼减振器；数学模型；性能仿真；执行机构A b s t r a c tA$ak e yp a no fs u s p e n s i o nd a n l p e r，s h o c k 如s o r b e rp l a 声a 1 1i

3、m p o r t a I l tr o l ei ns u s p e n s i o nd 啪p i n g E 陋s e do nm ep h y s i c a lm o d e lo ft h es u s p e n S i o ns y s t e m，as y S t e mo fd i 行e r e n t i a le q u a t i o n si se s t a b l i s h e di nt h e 印p l i c a t i o no fN e 叭o n i a l l ss e c o n d1 a wa C c o r d i n gt 0t h ef

4、 o r c eo fs u s p e n s i o n A c o o r d i n gt ot h e”s k y-h 0 0 k t fc o l l t r o lp 血c i p l e，s u s p e n s i o nd y n 锄i cd e n e c t i o n，c a ra c c e l e r a t i o na l l dw h e e lr e l a t i v ed y l l 锄i cl o a da r eo b t a i n e db ys i m u l a t i n gt h es u s p e n s i o nw i t h

5、av 撕a b l ed a m p i l l gs h o c ka b s o r b e ra n dad 锄p i n gs h o c ka b s o r b e ru n d e rr a l l d o mr o a dc o n d i t i o n s 1 0 u 曲m eM A T L A B S I M U L I N K T 1 1 ep 印e rm a l【e sa 1 1 a l y s i so fm ev a r i a b l ed 锄p i n gs h o c ka b s o r b e rd a m p i n gi m p o r t a I

6、l tm l ei nt h es u s p e n s i o nm r o u g hc o m p a r i s o nw i ms u s p e n s i o nd y I l 锄i cd e n e c t i o n，c a ra c c e l e r a t i o na n dw h e e lr e l a t i v e(1 y n 锄i cl o a d W h i c hi sp r o V i d e sa 1 1i m p o r t a n tb a s i sf o rd e s i 印a I l dd e v e l o p m e n td 锄叩i

7、 n g 伊a d i n ga d j u s t a b l es h o C ka b s o r b e ra I l dm ec a rs e m i-a c t i v es u s p e n s i o nt oi m p r o v e 1 ev e m c l er i d ec o m f o r t A c c o r d i n gt om ew o r k 砸n c i p l eo fs h o c ka b s o r b e r，a l l dk e y h o l e sn o wf o m u l a，e s t a b l i S h e dm em a

8、 t l l 锄a t i c a lm o d e lo ft h eS h o c ka b s o r b 既n l r o u 曲l eM A T L A BMf i l ep r o 蓼舭瑚i n gt og e t 廿1 es h o c ka b s o r b e ri I 锄p i n g-d i s p l a c 锄e n t6 9 u r ea 1 1 ds p e e dC h a r a c t 甜s t i cc r v e，t h em a t l l e m a t i c a lm o d e l i sV 谢f i e db ym er a t i o n

9、 a l i t yo fm eb u i l d i n g C a l c u l a t i o na I l ds e l e 嘶o no fa d j u s t a b l ed 锄1 p i n go fa c t u a t o r sf o rs h o c ka b s o r b e r；s i n m l a t i o nm es h o c ka b s o r b e rw i t ha d j u s t a b l ed a I】叩i n ga r eb o t l lf o rc o I n p l e t e 廿l es 砌yo fa c t u a t

10、o r s K 0 yw o r d s：s e m i-a c t i V es u s p e n s i o n；a d j u s t a b l ed a n 叩i n gs h o c ka b s o r b e r；m a t h 锄a t i c a lm o d e l；p e r 南m l a I=I c es i m u l a t i o n；a c t u a t o r s第1 章绪论第1 章绪论现代汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具，汽车的舒适性和安全性也越来越引起人们的注意。作为生活中日益重要的运输工具，汽车在行驶过程中不免会受到路面不平度的冲击，这会使

11、汽车产生各种形式的振动。为保证乘坐人员的舒适性及所载货物的完整性，用悬架系统来缓和车身的冲击载荷、衰减承载系统的振动，该系统影响汽车的行驶安全性、操纵稳定性及乘坐舒适性。因此，研究悬架的性能使其与汽车相匹配，使其能满足汽车平稳、安全行驶具有重要的意义。1 1 悬架系统功能概述悬架系统是车架(或承载式车身)和车桥(或车轮)之间弹性连接并传递力和力矩的装置的总称【1 1。悬架系统的主要功能：传递车架与车桥之间的力和力矩、缓和汽车不平路面行驶所受到的冲击、衰减承载系统因此产生的振动，保证汽车的行驶平顺性。自第一辆汽车问世一百多年来，汽车悬架从结构型式到工作原理一直在不断地改进，但对结构功能而言，它都

12、是由弹性元件、减振装置和导向机构三部分构成。悬架结构一般是由弹性元件、导向机构以及减振器等组成，但有些悬架结构还包括缓冲块、横向稳定杆等。(1)减振器功能：减振器是产生阻尼力的主要元件，其作用是迅速衰减汽车的振动，改善汽车的行驶平顺性，增强车轮和地面的附着力。另外，减振器能够降低车身部分的动载荷，延长汽车的使用寿命。目前在汽车上广泛使用的减振器主要是筒式液力减振器，其结构可分为双筒式、单筒充气式和双筒液压式三种。工作原理：在车轮上下跳动过程中，减振器活塞在工作腔内往复运动，使减振器液体通过活塞上的节流孔，由于液体有一定的粘性和液体通过节流孔时与孔壁间产生摩擦，使动能转化成热能散发到空气中，从而

13、达到衰减振动功能。沈阳理工大学硕士学位论文(2)弹性元件功能：支撑垂直载荷，缓和和抑制不平路面引起的振动和冲击。弹性元件主要有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气弹簧和橡胶弹簧等。原理：用具有弹性较高材料制成的零件，在车轮受到大的冲击时，动能转化为弹性势能储存起来，在车轮下跳或回复原行驶状态时释放出来。(3)导向机构导向机构的作用是传递力和力矩，同时兼起导向作用。在汽车的行驶过程当中，能够控制车轮的运动轨迹。作为车辆中的一个重要总成悬架，它把车架(车身)与车轮弹性地联系起来。悬架的性能关系到汽车的多种使用性能。悬架需要满足汽车的舒适性及操纵稳定性，但这两方面又是互相对立的。比如，较软的弹簧可以缓冲

14、大部分的车辆震动，这样可以获得较好的舒适性，需要很大程度上缓冲汽车的震动，但由于较软的弹簧却使汽车在刹车时“点头”及加速时“抬头”以及左右侧倾等不良反应，导致较坏的操纵稳定性。作为汽车重要性能之一的舒适性，车身的固有频率与其有着重要的关联，同时车辆的悬架特性也与其固有频率相关，对这些有重要影响的汽车悬架作为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间连接的传力部件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。因此，汽车悬架往往列为重要部件编入轿车的技术规格表，作为衡量轿车质量的指标之一。1 2 悬架系统分类悬架具有不同的结构形式来适应不同行驶状况和不同类型车辆的需要。悬架按左右车轮的关联程度分为独立悬架和非独立悬架

15、；按控制形式分为被动悬架和主动悬架。主动悬架按其是否包括动力源分为全主动悬架(有源主动悬架)和半主动悬架(无源主动悬架)系统【2 1。(1)被动悬架系统悬架的刚度和阻尼系数事先按经验或优化设计进行了设计，只能保证在特定的路况和行驶速度下汽车获得最佳的性能，在路面状况发生改变或行驶速度变化时，悬架系统的参数无法根据实际情况进行改进，这就限制汽车获得最佳的平顺性、行驶安全性和乘坐舒适性。如图1 1 所示为被动悬架示意图。第1 章绪论蠓麓颦麓图1 1 被动悬架不意图(2)主动悬架系统主动悬架是近十几年发展起来的、由电脑控制的一种新型悬架，具有控制车身运动的功能。它汇集了力学和电子学的技术知识，是一种

16、比较复杂的高技术装置。关于车辆行驶状况的数据不断的输入电脑使其与设计中设定的阀值进行比较，对悬架的状态进行相应的选择。同时，由于车轮上有由微电脑独立控制的执行元件，这样就可以保证在任何工况下产生符合悬架运动要求的减振器油压变化。因此，在车辆上经常备有可供选择的多种驾驶模式，驾驶员只需要选择仪表盘上相应的按钮就可以使悬架处于最佳的状态，以期达到满意的舒适度。由于车辆制动、拐弯时的惯性会导致弹簧产生变形，此时主动悬架产生一个可以阻止弹簧变形的力来减少车身位置的变化。悬架传感器会在车辆拐弯时检测出车身的倾斜和横向加速度，与设计时设定的阀值进行比较，为使车身的倾斜减到最小，需要立即确定出在什么位置上将多大的负载加到悬架L【3】Lo主动悬架的基本原理是靠自身的能源通过执行元件对振动进行“主动”干预，即悬架的主动控制就是根据汽车在行驶过程中的设计需求，根据不同的路面状况、不同的行驶速度、不同的承载重量及分配等对悬架弹簧的刚度和阻尼进行动态地自适应调节，以改变减振器的阻尼力的大小，甚至于车身高度的调节，从而使汽车达到最佳的行驶平顺性和乘坐舒适性。它是在被动悬架系统中附加一个可控制力的装置而成，通常是