详情

原文传递两级ISD悬架系统动力学建模与振动特性分析

论文题名：	两级ISD悬架系统动力学建模与振动特性分析
关键词：	汽车ISD悬架;动力学建模;振动特性
摘要：	汽车的悬架系统对车辆的减振性能起着十分重要的作用，对悬架系统的研究始终是汽车工程界的热点问题。在机电相似理论的基础上，基于惯容器具有与电容器相类似的通高频、阻低频的特性，提出了一种每一级悬架结构中均含有“惯容器-弹簧-阻尼器”(Inerter-Spring-Damper,ISD)的两级ISD悬架结构，突破了传统悬架结构体系对减振性能提升的限制，有助于实现对汽车减振技术的进一步提高。综合利用弹簧、惯容器、阻尼器的减振特性，可以使悬架系统在全频段内均具有良好的减振性能。两级ISD悬架系统有效协调了车辆平顺性和稳定性之间的矛盾，具有良好的综合减振效果。因此，针对两级ISD悬架系统的动力学建模与振动特性分析进一步完善了车辆悬架理论体系，具有重要的研究意义。　　本文以车辆悬架系统为研究对象，建立了两级ISD悬架系统动力学模型，探究了多种车体模型、不同类型激励信号、不同行驶速度、不同路面不平度等因素下悬架系统的动力学特性，具体的研究内容有: 　　(1)提出一种不同于已有常用车辆悬架的两级ISD悬架结构，建立四分之一车辆系统模型的运动微分方程，通过传递函数增益指标验证该悬架性能的优越性。首先，基于惯容器机电相似理论关系对悬架结构进行拓扑，提出了一种不同于已有常用车辆悬架的两级ISD悬架结构;然后，建立了两级ISD悬架四分之一车辆系统模型的运动微分方程;最后，通过对比传统悬架及已有ISD悬架的传递函数增益指标，验证本文所提出的悬架结构性能的优越性。　　(2)基于两级ISD悬架四分之一车辆系统模型，对系统的传递特性、功率谱密度及脉冲输入下的动力学响应进行了分析。首先，分析了悬架结构参数对车辆悬架系统传递特性的影响;然后，分析了惯质耦合效应与车速和路面不平度等对车辆悬架系统功率谱密度的影响;最后，分析了因道路施工和环境因素产生的路面脉冲激励下车辆悬架系统的动力学响应。　　(3)建立了涉及车体运动关系比较全面的两级ISD悬架整车系统的动力学模型、性能评价指标模型和多种类型的路面激励信号模型。首先，建立了悬架整车系统模型，并对悬架整车系统进行动力学建模;然后，建立了性能评价指标模型，分为直接性能评价指标模型与间接性能评价指标模型;最后，建立了不平路面的激励模型，主要包括周期信号激励模型、双频拟合信号激励模型、减速带信号激励模型、随机性路面激励模型。　　(4)通过两级ISD悬架整车系统的综合性能评价指标，分析了多种不同激励类型下车辆系统的振动响应特性。首先，对比分析了周期信号激励下左右轮胎间相位差对车辆系统动力学响应的影响;然后，基于双频拟合信号激励下车辆系统的动力学响应，探讨了角频率对振动响应特性的影响;最后，分析了减速带信号激励与随机信号激励下车辆系统的振动响应特性，定量地表征了本文所提出的悬架结构减振性能的改善程度。　　(5)完成了不同路况参数下两级ISD悬架车辆系统的动力学响应分析，获得了路况参数对两级ISD悬架车辆系统平顺性改善程度的影响规律。首先，分析了不同激励振幅、车速、减速带宽度与高度下悬架系统的动力学响应;然后，探究了车辆行驶过程中，不同激励振幅、车速、减速带宽度与高度等路况参数对两级ISD悬架车辆系统平顺性改善程度的影响规律。　　通过对车辆两级ISD悬架系统的研究可以得出，两级ISD悬架系统相比于已有车辆悬架系统具有更好的低频减振性能与综合减振性能，性能改善具体表现在:两级ISD悬架系统能够有效抑制路面激励产生的振动响应;多种不同类型的路面激励下，两级ISD悬架系统始终保持较高程度的性能提升;两级ISD悬架系统在路况参数变化时，具有稳定的动态减振性能。
作者：	李凡杰
专业：	机械设计及理论
导师：	李小彭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019