液电式互联馈能悬架的动力学性能研究及参数敏感度分析开题报告

全文总字数：8680字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究的目的及意义

汽车悬架作为连接车身和车轮的重要部件, 通过对轮胎垂直载荷的控制和分配，用来缓冲和衰减由路面不平引起的冲击和振动,以保证车辆能平顺地行驶，对地面车辆的舒适安全驾驶起着非常重要的作用。传统汽车悬架系统一般通过安装在减振器中的阻尼阀将振动能量转化成热能耗散掉,实现吸能减振，传统的汽车悬架设计通常涉及能量浪费和乘坐舒适性之间的权衡，而传统的悬架系统主要以阻尼耗能的方式实现减振不利于车辆的燃油经济性^[1]。 此外,油液温度的升高会对悬架带来一些负面影响,如改变油液黏度, 加速密封元件老化等。 近年来,研究和开发兼顾隔振和能量回收的悬架系统已成为车辆工程领域的热点之一^[2-3]。

互联悬架通过互联结构使原本独立的汽车车轮运动按照既定的机理融合为一个整体 ^[4-5] 。互联悬架通过相应连接件将悬架部件进行动力学耦合，对悬架的弹簧刚度和减振器阻尼进行单独分配，从而优化悬架作用力，可以有效改善汽车行驶平顺性以及整车操纵稳定性，防止车身剧烈侧倾，使得车身在颠簸以及复杂转向工况时保持稳定，从而极大地改善汽车悬架的操纵稳定性^[6]。液压互联悬架在减振过程中,通过系统内油液与管壁之间的摩擦、油液分子间的内摩擦以及活塞与液压缸壁之间的摩擦吸收路面传递给车架的冲击,并衰减车身振动,保证车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。研究表明,随着车速的提高和路面等级的变差,互联悬架系统内各液压元器件的能耗不断增加^[7]。但这部分能量最终以热能的形式耗散掉,并未被有效利用，而这一减振过程显然与当今节能减排的汽车发展主题不符。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容和目标

液电式馈能悬架系统结构原理如图所示，它是一个机-电-液的耦合系统，主要包括液压缸、四个单向阀组成的整流回路，2个蓄能器，液压马达、发电机及稳流电路和液压管路。

液电馈能式减振器是基于传统液力减振器改造的，实车使用时，将液压缸安装在传统减振器的位置即可。当不平路面的激励导致活塞缸筒内的活塞杆上下往复运动时，活塞缸筒内的高压油进人4个单向阀组成的液压整流回路，并始终沿单一方向流出整流回路再经过蓄能器1的稳压，驱动液压马达，带动发电机旋转，产生的电能经稳流电路存储在蓄电池，供汽车上其他耗电元件使用。蓄能器2的作用是稳定回油压力和及时补充油液，防止活塞缸筒内产生空程现象。液压整流回路解决了电机转子随着活塞杆的上下往复运动旋转方向正反交替切换的问题，改善了发电机的工作效率。

根据液电互联馈能悬架多模式切换系统结构及控制机理，在此基础上搭建悬架统模型，设计并验证悬架合理的工作模式。运用 AMESim 和MATLAB/Simulink 建立液电互联馈能悬架车辆模型，进而进行以下研究：

1)参数敏感度分析：通过改变主要参数（包括液压缸径、液压马达排量及馈能负载值等），分析各参数对悬架性能的影响，设计选取各主要参数。2)互联馈能悬架动力学性能研究：采用双移线工况、制动工况等对所建立的AMESim模型进行仿真，将互联馈能悬架与传统悬架的性能进行对比，研究互联馈能悬架在平顺性与操稳方面的性能。

2.2技术方案

2.2.1整车动力学模型建立

7自由度整车动力学模型如图所示：

图2.1七自由度整车动力学模型

2.2.2 建立AMESim整车仿真模型

液电互联馈能悬架系统包含液压系统、机械系统、电子系统等不同系统，为搭建悬架系统模型从而对悬架性能进行分析，本研究使用 AMESim进行多模式切换系统的模型搭建，使用 MATLAB/Simulink 搭建随机路面输入模型和控制器模型，并进行联合仿真。本次研究使用的版本是 AMESim R17，主要使用信号和控制库、机械库、液压库、液压元件设计库、车辆动力学库和基本电子库等。

悬架系统包含由整流桥、液压马达、蓄能器、液压管路及其他连接件等，其中液压整流桥由四个单向阀及液压管路连接组合在一起，在AMESim中搭建液电馈能式悬架的整车仿真模型，如图2.2所示。整车模型的基本参数如表1所示。

表1 整车模型基本参数

图 2.2 AMESim 整车液电互联馈能悬架系统模型

图2.3 液压整流桥示意图

图2.4AMESim模型图

由图 2.3可知，汽车在行驶过程中，当油液流入B，此时单向阀1截止，单向阀2 导通，油液通过单向阀2，单向阀4截止，油液从管路由D流向A，通过单向阀3，从 C 流出；当油液流入 C，此时单向阀 3 截止，单向阀 4 导通，油液通过单向阀 4，单向阀 2 截止，油液从管路由 D 流向 A，通过单向阀 1，从 B 流出。因此在液压整流桥中油液始终从 D 流向 A，不受左右双向作用液压缸运动状态的影响，防止液压马达反复的正反转动，提升馈能效率和系统稳定性。因此整流桥的能耗主要分为单向阀压降与连接单向阀的液压管路的水头损失两个部分。

2.2.3完成相关参数研究

基于AMESim软件，主要进行以下操作研究液电互联馈能悬架系统性能:

1)参数敏感度分析：

改变主要参数（包括液压缸径、液压马达排量及馈能负载值等），分析各参数对悬架性能的影响，设计选取各主要参数。

2)互联馈能悬架动力学性能研究：

采用双移线工况、制动工况等对所建立的AMESim模型进行仿真，将互联馈能悬架与传统悬架的性能进行对比，研究互联馈能悬架在平顺性与操稳方面的性能。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 周长城.车辆悬架设计及理论[Ｍ].北京:北京大学出版社, 2011.

[2] 苏玉青,李舜酩,王勇.汽车能量回收系统研究概述[j].噪声与振动控制,2016,36( 2）；6-11

[3] 张进秋,彭志召,岳杰,等.车辆馈能悬挂技术综述[j].装甲兵工程学院学报,2012,36（5）；1-7