新型液电式互联馈能悬架系统设计及特性分析研究

作者:秦博男
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车辆底盘悬挂系统不仅吸收和衰减路面的振动能量,保证车辆良好的行驶平顺性,还需要保持轮胎与路面的良好接触,为车身提供支撑,以保证车辆的可靠操纵和稳定性。对于配备传统独立悬架的车辆,运动模式高度耦合,无法针对特定模式单独调整,因此必须在乘坐舒适性和操纵稳定性之间进行权衡。液压互联悬架的出现解决了悬架系统设计中遇到的上述问题。它通过一种特定的连接形式将运动模式解耦,可以在不影响垂直刚度的情况下增强车辆的侧倾或俯仰刚度,从而显著提高车身的姿态稳定性。本文提出了一种新型的水电悬挂系统,它不仅具有传统互联悬挂系统的动态特性,而且可以通过能量回收的方式衰减振动,从而提高车辆的能效。此外,通过调整能量供给电路,系统还可以实现阻尼的连续调节,进一步提高车辆的道路适应性。接下来,本文将以提高悬架系统动态性能和车辆动态性能为研究目标进行分析:首先,本文介绍了新型水电悬挂系统的设计思想和工作原理,并根据系统流量关系推导了各液压元件的阻抗模型。同时,根据液压系统台架试验数据气缸摩擦,通过遗传算法依次识别LuGre摩擦模型的静态和动态参数,将得到的摩擦模型与上下腔压力模型相结合,推导出悬架输出力模型,为后续参数优化和特性分析提供了理论依据。然后,基于该数学模型,研究了谐波激励输入下,激励频率、蓄能器初始参数、能量供给单元参数和液压缸尺寸参数对悬架系统动态特性的影响。围绕上述变量建立了一个正交试验阵列,并对每个参数进行了灵敏度分析。选择液压缸内径、负载电阻、蓄能器初始压力以及增速箱传动比和液压马达的排量作为关键参数变量。基于pointer优化算法,参考原始减振器的外部特征数据设置约束范围,以最大化能量供给功率为目标进行优化。优化后的系统参数为以后的悬架特性分析和零部件选择提供了参考依据。然后,基于不同的负载电阻和谐波激励条件,讨论和分析了等效阻尼系数、不对称阻尼系数、水力发电互联馈能量悬架的能量传递过程、能量供给功率和能量供给效率。同时,根据系统优化参数,选择元件,搭建单缸子模块系统原型,分析采集到的阻尼力和能量供给电压,并与仿真数据进行比较。台架试验结果不一致不仅证明了该数学模型具有较高的精度,也为以后的液压和电气模型的建立提供了一个改进方向,为互联馈能源悬架实车试验系统的建设提供了一个方向。此外,为了进一步探索水电悬挂的动态特性,建立了传统直线悬挂、液压互联悬挂和能量悬挂的数学模型作为水平对比,并对谐波激励下各悬挂的阻尼特性和能量供给特性进行了对比分析。然后,以某型非承重车身底盘为基础,建立了完整的悬架系统。以整车为基础,结合随机路面振动工况、双动线试验工况和线性制动试验工况,对各悬架系统的平顺性、操纵稳定性和能量供给特性进行了讨论和分析。最后,本文设计并搭建了一个半车载电液悬架系统,并在此系统基础上完成了非承重车身底盘后桥悬架系统的升级。同时,与数据采集系统联合建立了完整的实车试验平台。实车道路试验是在平坦路面、碎石路面和双动线试验条件下进行的。以车体的垂直加速度、侧倾角和能量供给电压数据为主要评价指标,比较了安装液压互联馈能量悬架时车体的动态响应与原车的动态响应,探讨了液压互联馈能量悬架的实际能量回收效果。