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基于空气弹簧和磁流变减振器的座椅悬架系统振动特性研究

作　者: 刘委
导　师: 朱思洪
学　校: 南京农业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 空气弹簧磁流变减振器座椅悬架系统振动特性
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着车辆行驶速度的提高和承载质量的增加,车辆的振动问题更加严重,影响车辆的使用寿命、工作精度和乘坐舒适性,特别是对人体的健康产生很大的影响。为了提高驾驶员的乘坐舒适性,以ContiTech公司生产的SK37-6型非膜式空气弹簧为弹性元件,与附加气室、气管、节流孔调节装置一起构建了带附加气室空气弹簧系统,将其与LORD公司生产的RD-1005-3型磁流变减振器一同应用到HY-Z04型剪式座椅悬架中,构建了新型的驾驶员座椅悬架系统。建立了系统的理论模型,并通过仿真和实验研究其振动特性,所完成的工作及取得的结论归纳如下：1.基于带附加气室空气弹簧系统的非线性动力学理论模型和达朗贝尔原理建立了新型座椅悬架系统的振动微分方程,分别导出了座椅悬架等效刚度、等效阻尼、系统固有频率及阻尼比的表达式,并借助MATLAB命令函数编制M文件求解了不同弹簧压力、不同节流孔开度和不同磁流变减振器输入电流下座椅悬架的等效刚度、等效阻尼、固有频率和阻尼比,分析了磁流变减振器输入电流,带附加气室空气弹簧系统节流孔开度、空气弹簧压力和簧载质量对上述振动特性参数的影响。2.采用多体动力学软件ADAMS,建立带附加气室空气弹簧和磁流变减振器座椅悬架的简化模型,仿真分析在不同激励、不同节流孔面积、不同磁流变阻尼系数、不同空气弹簧压力条件下座椅悬架振动规律。研究结果表明,调节节流孔开度可以实现对系统的刚度和阻尼的同时调节,改变座椅悬架的固有频率。3.构建带附加气室的空气弹簧和磁流变减振器并联的悬架座椅实验台,对带附加气室的空气弹簧和磁流变减振器并联的剪式座椅悬架进行实验研究,研究不同空气弹簧压力、不同等效簧载质量、不同节流阀开度、不同磁流变减振器输入电流大小和不同激励条件下,座椅悬架振动特性的变化规律,并与仿真进行比较,得出以下结论：仿真和实验得出的位移和加速度振幅基本一致,但实验结果比仿真结果滞后约1/4个周期。当系统处于隔振区时,随着节流阀开度的增大位移传递率减小,当节流阀开度小于或等于45°后,节流孔面积进一步增大,位移传递率曲线变化亦不明显；在低频和振动放大区,在相同空气弹簧压力和节流阀开度下,随着磁流变减振器的输入电流增大,位移传递率逐渐降低,在隔振区,在相同空气弹簧压力和节流阀开度下,位移传递率随着磁流变减振器输入电流的增大而增大。系统处于低频振动即激振频率小于3Hz时,加速度均方根值基本不受节流阀开度和磁流变减振器输入电流大小影响；激振频率在3Hz以上,随着节流阀开度的变小,加速度均方根值变小；但当节流阀开度小于等于45°时,随着节流阀开度变化加速度均方根值基本不变化；当激励频率在5Hz以上时,加速度均方根值随激振频率的增大而减小。本课题的研究,有望为带附加气室空气弹簧和磁流变减振器的智能座椅悬架系统的控制方法、控制策略、以及控制单元的设计提供理论基础。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景和意义  10-12
    1.1.1 驾驶员座椅悬架在车辆减振中的重要作用  10
    1.1.2 智能座椅悬架  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本课题的主要研究内容  13-15
第二章基于空气弹簧和磁流变减振器的座椅悬架系统振动特性理论分析  15-27
  2.1 带附加气室空气弹簧等效刚度与等效阻尼  15-16
  2.2 带附加气室空气悬架剪式座椅振动特性理论分析  16-19
    2.2.1 剪式座椅中空气弹簧的布置形式  16-17
    2.2.2 振动特性理论分析  17-19
      2.2.2.1 振动微分方程的建立  17-18
      2.2.2.2 固有频率和等效垂向刚度  18
      2.2.2.3 阻尼比和等效阻尼系数  18-19
  2.3 参数的获取  19-23
    2.3.1 空气弹簧的选择  19-20
    2.3.2 节流阀的设计  20-22
    2.3.3 磁流变减振器的选择  22
    2.3.4 座椅悬架参数  22-23
  2.4 计算与分析  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章基于空气弹簧和磁流变减振器的座椅悬架系统振动特性仿真分析  27-35
  3.1 仿真与分析  27-33
    3.1.1 座椅悬架仿真简化模型的建立  27-28
    3.1.2 仿真实验方案  28-29
    3.1.3 位移和加速度响应的时间历程  29-31
    3.1.4 幅频特性  31-32
    3.1.5 加速度均方根值  32-33
  3.2 本章小结  33-35
第四章基于空气弹簧和磁流变减振器的座椅悬架系统实验系统的构建  35-40
  4.1 附加气室的设计  35
  4.2 带附加气室空气弹簧和磁流变减振器座椅悬架实验系统的构建  35-36
  4.3 实验仪器及设备  36-37
  4.4 实验测试软件系统的设计  37-40
第五章基于空气弹簧和磁流变减振器的座椅悬架系统实验研究  40-56
  5.1 实验方案及步骤  40-41
  5.2 实验结果与分析  41-56
    5.2.1 位移响应和加速度响应  41-42
    5.2.2 幅频特性  42-49
    5.2.3 加速度均方根值  49-56
第六章结论与展望  56-59
  6.1 研究结论  56-58
  6.2 展望与建议  58-59
参考文献  59-62
附录:实验照片  62-64
致谢  64-66
硕士研究生期间发表的论文  66

基于空气弹簧和磁流变减振器的座椅悬架系统振动特性研究

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