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原文传递商用车准零刚度空气悬架动力学建模与特性分析

论文题名：	商用车准零刚度空气悬架动力学建模与特性分析
关键词：	商用车;空气悬架系统;非线性隔振理论;动力学建模
摘要：	商用车一般存在乘坐舒适性差，道路破坏性强等缺点。空气弹簧的非线性刚度特性能有效降低悬架系统的固有频率，提高商用车的平顺性和道路友好性。同时，随着非线性隔振理论的深入研究，隔振器的减振性能得到进一步提升。基于此，本文根据现有空气悬架系统，结合非线性隔振理论，提出了一种新型准零刚度空气悬架结构。该结构通过双作用气缸实现负刚度，进而实现系统的准零刚度。由于正负刚度元件均为气动元件，其内部高压气体的气动过程会影响到系统的输出特性，因此本文就系统动力学建模、力学特性和车辆振动性能三方面，按照部件到整车的递进思路展开研究。　　首先，对新型准零刚度空气弹簧系统进行了特性研究。对准零刚度空气弹簧系统进行静力学分析，推导出系统无量纲刚度表达式，并计算了平衡位置达到刚度准零的必要条件。通过分析不同参数对于系统刚度特性的影响，得到了系统达到准零刚度的结构参数，并对其结构进行了静力学试验验证。　　其次，通过引入电磁阀与管路模型，使得准零刚度空气弹簧系统具有连通与非连通两种工作状态，进一步对比分析两种工作状态的性能。将管路模型与准零刚度空气弹簧系统模型联合，推导出连通状态下的数学模型。通过分析不同的管路参数对系统动刚度的影响，选取适宜的管路参数，并进行连通状态下的静力学试验。在动态特性方面，分析准零刚度空气悬架在谐波输入下的运动微分方程，并利用谐波平衡法求得系统稳态响应解，采用跳跃频率为系统稳定性评价指标，分析系统参数对其的影响。同时，以力传递率为指标，对比了准零刚度空气悬架两种工作状态和传统空气悬架的隔振性能，并通过动力学试验验证。研究表明，本文提出的准零刚度空气弹簧系统大大降低了空气弹簧的固有频率和共振峰值，改善了减振性能。　　再次，在1/4车辆悬架平台上，对准零刚度空气悬架系统的两种工作状态和传统空气悬架的垂向响应进行了分析。针对悬架的小范围跳动特征，将准零刚度悬架系统简化为线性刚度系统并代入振动方程，进而得到了垂向响应的解析形式。同时，利用Simulink仿真分析1/4准零刚度空气悬架的垂向性能。理论分析与仿真结果均表明引入负刚度后的空气悬架系统较传统悬架系统有更好的平顺性。　　最后，建立了整车模型并输入不同激励进行仿真分析，设计评价函数以确定工作状态切换阈值。考虑车辆纵向和横向运动，建立整车七自由度模型。以车身加速度和悬架动行程为主要评价指标，比较了准零刚度空气悬架的两种工作状态。基于此，设计评价函数并确定了工作状态切换阈值。进一步，利用仿真和试验验证了评价函数的有效性。结果表明，带有状态切换的准零刚度空气悬架有效减小了悬架动行程，提升了车辆的稳定性。
作者：	施天玲
专业：	车辆工程
导师：	徐兴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021