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半主动油气悬架热机耦合非线性振动及控制研究
| 论文题名： | 半主动油气悬架热机耦合非线性振动及控制研究 |
| 关键词： | 汽车悬架;油气分离式油气弹簧;热机耦合模型;非线性振动;结构刚度;滑模控制 |
| 摘要： | 油气悬架具有较强的非线性刚度和阻尼特性，兼有被动式和半主动式的特点，在过去的二十多年里一直是国内外理论研究和工程应用的重点，本文围绕油气分离式油气弹簧的非线性数学建模、热力学建模，油气悬架振动模型的求解和特性分析、影响因素分析，半主动油气悬架的控制等问题开展研究。选题对提高车辆舒适性和稳定性具有重要的理论意义和工程应用价值。主要研究工作如下： 首先，采用流体力学、牛顿力学相结合的方法和功率键合图法建立油气弹簧的非线性数学模型，研制了油气弹簧性能试验台架用于验证数学模型的正确性，结果表明功率键合图数学建模方法更加精确，更为直观、方便使用。 在此基础上，论文进一步建立了油气分离式油气弹簧的参数化热力学模型和热机耦合数学模型。提出了采用等价线性化方法对弹性力和位移传递函数并进行求解，得到了刚度和阻尼的影响规律。分析了油气弹簧热传递的路径，设计了油气分离式油气弹簧热阻网络图，自主研发了油气弹簧环境温度的模拟设备并开展了试验研究，理论分析与实验结果一致。 第三，建立了油气分离式油气悬架的1/4非线性振动模型。提出了谐波平衡法和麦克劳林展开相结合的方法用来近似解算振动方程，从而获得了近似解析解。分析了车身和车轮位移的稳态响应，获得了较高精度，验证了考虑温度系数模型的合理性，为车辆更好的减振提供了一种思路。 第四，系统分析了结构参数对油气悬架刚度特性的影响，包括螺旋弹簧簧丝直径、车轮刚度、螺旋弹簧中径、储能器初始体积等，导出了计及和不计及温度影响的油气悬架综合刚度表达式；仿真结果表明，环境温度的变化对油气悬架综合刚度有较为明显影响。详细分析了油气弹簧外置阻尼孔直径对油气悬架阻尼力的影响，为油气悬架的研发提供了系统的理论支持。 最后，研究了1/4油气悬架的半主动控制，提出了采用伺服电机控制外置阻尼孔直径的一种新结构，分别采用滑模控制和PID控制法对油气悬架阻尼进行控制，仿真结果表明滑模控制更优；同时还发现改变阻尼孔的大小，可以实现阻尼的调节，阻尼越大，隔振效果越好，舒适性越高。 |
| 作者： | 熊新 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 吴洪涛 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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