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忆弹簧的自适应性及其对悬架性能的影响
| 论文题名： | 忆弹簧的自适应性及其对悬架性能的影响 |
| 关键词： | 汽车悬架;载荷适应性;忆弹簧;自适应性 |
| 摘要： | 传统的被动悬架使用线性弹簧作为隔振元件，无法在各种工况下均实现较好的隔振效果。而记忆元件能够根据工况被动地实现参数的自适应调节，为悬架系统的发展提供了新思路。在此背景下，本文对目前仍然鲜见报道的忆弹簧元件进行研究，将其视为一种理想记忆元件，对位移，位移积分及位移二次积分依赖的忆弹簧进行数学建模，并通过能量法建立了位移依赖型忆弹簧与传统线性弹簧的刚度等效关系，通过理论推导和仿真分析证明了忆弹簧的自适应性；建立1/4车辆的忆弹簧悬架模型，通过仿真和台架试验验证忆弹簧悬架的载荷适应性和性能优势。 首先，引入小信号参数理论，并依据机械元件三角周期表及新机电相似理论，推导了各阶忆弹簧元件的本构关系以及机械记忆元件本构关系的一般模型，介绍了适用于包含忆弹簧元件的机械系统建模的拉格朗日方法，为后文研究忆弹簧元件和悬架打下了理论基础。 其次，提出了一种X形忆弹簧结构，并建立其数学模型。根据能量计算方法证明了位移依赖型忆弹簧刚度等效理论。利用拉格朗日和积分拉格朗日方法分别建立了位移、位移积分及位移二次积分依赖型忆弹簧悬架的动力学数学模型。在此基础上，分别确定了位移、位移积分及位移二次积分依赖型忆弹簧的小信号刚度，选取了其余线性元件的参数，完成了悬架系统模型的建立。 然后，在MATLAB/Simulink软件中建立1/4车辆悬架模型，验证了位移依赖型忆弹簧与线性弹簧之间的等效关系，证明了位移依赖型忆弹簧元件的等效线性刚度能够与初始位移进行自适应匹配和调节。随机路面输入和脉冲输入下的仿真结果表明，忆弹簧悬架能够提升悬架的载荷适应性，改善车辆在非满载工况下的乘坐舒适性。 最后，设计并试制了X形忆弹簧元件的试验样机，对元件的实际特性及其对悬架性能的影响进行试验验证。在INSTRON8800液压伺服激振台上分别开展了装置的特性台架试验及1/4车辆悬架台架试验。试验结果表明，装置的特性曲线为一条扭曲的滞回环曲线，证明了该试验样机是一种位移依赖型的记忆元件。同时，忆弹簧悬架系统具有载荷适应性，在不同工况下的车身均加速度有所降低，拥有更好的隔振性能，能够在保证轮胎接地性的前提下提升车辆的乘坐舒适性。 |
| 作者： | 黄小荣 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 聂佳梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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