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磁负准零刚度新型空气悬架系统设计及特性研究
| 论文题名： | 磁负准零刚度新型空气悬架系统设计及特性研究 |
| 关键词： | 汽车空气悬架;结构设计;磁负准零刚度;膜式空气弹簧;磁力弹簧;乘坐舒适性 |
| 摘要： | 当前车辆乘坐舒适性越来越受到人们重视，设计隔振性能更加优良的悬架一直是车辆领域研究的热点，而空气悬架在隔离振动方面有非常好的应用前景。对于准零刚度机构，其具有较大的静刚度，能够保证承载力；同时能保持较小的动刚度，对低频振动有良好的隔振性。而长时间的低频振动恰恰是影响乘员乘坐舒适性的重要因素，因此本文将利用准零刚度隔振原理来提高车辆乘坐舒适性。本文选择膜式空气弹簧作为正刚度机构，磁力弹簧作为负刚度机构，通过在膜式空气弹簧腔内并联磁力弹簧，在不改变空气悬架整体布局的情况下，设计出磁负准零刚度新型空气悬架，并进行了悬架性能仿真分析及台架试验验证。 准零刚度隔振是通过正负刚度并联的形式实现更优良的低频隔振，重点在于选择并设计出具有负刚度特性且能与正刚度弹簧适配的弹簧。本文选用的是无机械接触、能使结构紧凑化的磁力弹簧作为负刚度机构。介绍了金属永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料特性；建立了矩形及环形永磁体解析模型，并分析了它们的磁力与刚度特性，为设计本文的磁负刚度机构奠定基础。 在磁负准零刚度新型空气悬架的设计过程中，考虑到多腔室空气弹簧体积过大，弹簧充放气时可能会产生强烈的气流波动导致系统不稳定，设计的正刚度机构是单腔室膜式空气弹簧。设计磁负刚度机构时为避免不良的非线性动力学行为，进行了非线性分析；在确定磁环参数之前，先开展了有限元分析，验证了推导的磁力及刚度表达式；通过分析各参数对磁负刚度机构磁力及刚度特性的影响效果，确定了磁力弹簧结构参数。从而完成了对磁负准零刚度新型空气悬架系统的整体设计。 对于设计的磁负准零刚度空气悬架，采用了车身加速度、悬架动行程和轮胎动载荷三个指标来评价悬架的性能。分别建立了路面激励模型、传统空气悬架和磁负准零刚度空气悬架的1/4车二自由度及整车七自由度模型；基于建立的模型，在Simulink中进行动力学仿真分析。结果表明：磁负准零刚度新型空气悬架虽然悬架动行程均方根值略有增加，但是车身加速度、轮胎动载荷都有较大程度改善，尤其能有效抑制车身振动，大大地提高了乘坐舒适性。 为进一步验证磁负准零刚度空气悬架对乘坐舒适性的提高效果，搭建了单通道液压伺服激振试验台；通过激振台控制计算机模拟出B级路面、C级路面两种等级的随机路面激励作为悬架输入，从而进行性能分析。试验结果表明：两种工况下，磁负准零刚度空气悬架车身加速度和轮胎动载荷均方根值都明显减小，悬架动行程均方根值略有增加，证明新型悬架隔振性能更加优越。 |
| 作者： | 苏力 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 孙丽琴 |
| 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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