一种基于准零刚度架构的半主动惯容悬架及其控制方法技术

技术编号：40574185 阅读：6 留言：0更新日期：2024-03-06 17:14

一种基于准零刚度架构的半主动惯容悬架及其控制方法，构建了基于弹簧和可控惯容相互并联的准零刚度悬架结构，其中可控惯容用于调节输出的惯性力，使惯性力和弹性力的合力等于零或趋近于零。对基于该架构的半主动惯容悬架，提出采用连续控制和开关控制的策略。该装置和方法能够实现车体振动加速度大幅降低，乘坐舒适性改善明显。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车减振，特别涉及一种于准零刚度架构的半主动惯容悬架及其控制方法。

技术介绍

1、通过大量研究表明，悬架作为车轮和车身之间的连接和传力装置，其性能水平直接影响装甲车辆的机动力和火力效果。

2、惯容器的出现，为车辆悬架的发展提供了一条全新的思路。由于被动惯容、弹簧、阻尼串并联构型复杂，至今还未大规模的工程应用。简化串并联构型，配合可控惯容的半主动悬架应运而生，可控惯容与弹簧、阻尼串并联构型和控制策略成为了该领域的研究重点和热点。前人对可调惯容器元件和控制策略进行了大量探索，证明可控惯容可以改善悬架的综合性能，但减振机理方面的研究还较少，亟待开展相关工作，为悬架系统的设计提供理论支撑。

3、现有的技术方案：通过可控惯容增加簧上虚质量，降低车身固有频率，从而获得了更宽的隔振频带。

4、但由于惯容器具有时滞特性，经常会导致系统出现不稳定的情况；惯质系数的大范围调节会产生巨大的冲击载荷，难以实践。

技术实现思路

1、本公开提出一种“惯容-弹簧”准零刚度架构，以惯容、弹簧、阻尼三元件并联作为悬架构型，通过动力学建模和仿真分析得出，车体振动加速度大幅减小，乘坐舒适性改善明显，同时降低了对阻尼系数的需求，提升了减振效率。该架构主要特点：

2、准零刚度兼顾了高静刚度和低动刚度特性，高静刚度使承载能力强，低动刚度使固有频率低，获得更宽的隔振频带。准零刚度隔振器一般由正刚度弹簧承受载荷，负刚度机构抵消正刚度弹簧的刚度，使系统的动刚度趋于零。</p>

3、本公开提供的准零刚度悬架，包括：相互并联的弹簧和可控惯容，其中：可控惯容，用于调节输出的惯性力，使惯性力和弹性力的合力等于零或趋近于零。

4、进一步的，该悬架还包括：与弹簧和可控惯容并联的阻尼元件。

5、一种基于准零刚度架构的半主动惯容悬架装置，包括：

6、由相互并联的可控惯容、弹簧和阻尼组成的悬架模块；

7、传感器模块，用于获取当前车辆运动状态；

8、悬架控制模块，用于根据传感器的输出，计算期望惯性力，并根据期望惯性力对可控惯容进行控制，使惯性力和弹性力的合力为零。

9、本公开还提供了一种应用于上述悬架装置的半主动惯容悬架控制方法，包括以下步骤：

10、在车辆运行过程中，对可控惯容进行连续控制和/或开关控制，使可控惯容和弹簧的动刚度保持为准零刚度。

11、进一步的，所述对可控惯容进行连续控制的方法包括：

12、s11，以准零刚度为目标对惯容进行连续控制，即：

13、时，fb＝-k(z2-z1)；

14、时，fb＝0；

15、其中：fb为惯性力，l为弹簧的刚度，z2和z1为弹簧两端的位移坐标，为弹簧两端的相对加速度；

16、s12，选取优化阻尼系数。

17、进一步的，所述步骤s12的方法具体包括：

18、构建基于可控惯容、弹簧和阻尼三者并联的准零刚度半主动惯容悬架控制仿真模型；

19、以车体振动加速度、轮胎动载荷和悬架动行程中的一种或多种为评价指标，通过车体动力学仿真，获得最优阻尼系数。

20、进一步的，所述对可控惯容进行开关控制的方法包括：

21、s21，以准零刚度为目标，对惯容进行采取开关控制策略，即：

22、当时，惯质系数b为某一固定值bon，即

23、当时，b＝0，即fb＝0；

24、s22，选取优化阻尼系数和惯质系数bon。

25、进一步的，所述步骤s22的方法具体包括：

26、构建基于可控惯容、弹簧和阻尼三者并联的准零刚度半主动惯容悬架控制仿真模型；

27、以车体振动加速度、轮胎动载荷和悬架动行程中的一种或多种为评价指标，通过车体动力学仿真，获得最优阻尼系数和惯质系数bon。

28、与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)提出“惯容-弹簧”准零刚度结构，并将其应用在半主动惯容悬架中，使系统的动刚度趋于零；(2)虽然惯容连续控制策略性能最优，但需要面对惯质系数不断高速、高频、大范围调节的困难；而本公开提出的惯容开关控制策略的优势在于控制次数少，惯质系数相对较低，能够更好进行实践及工程化；(3)以惯容开关控制半主动悬架为例，简单探索了各元件的减振机理，为以后开发高性能的可控惯容，并结合惯容的物理特性和时滞等因素，提供了有力的理论支撑。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种准零刚度悬架，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的悬架，其特征在于，还包括：

3.一种基于准零刚度架构的半主动惯容悬架装置，其特征在于，包括：

4.一种应用于权利要求3所述悬架装置的半主动惯容悬架控制方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对可控惯容进行连续控制的方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S12的方法具体包括：

7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其特征在于，所述对可控惯容进行开关控制的方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S22的方法具体包括：

【技术特征摘要】

1.一种准零刚度悬架，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的悬架，其特征在于，还包括：

3.一种基于准零刚度架构的半主动惯容悬架装置，其特征在于，包括：

4.一种应用于权利要求3所述悬架装置的半主动惯容悬架控制方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜甫，沈钰杰，万义强，高晓东，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：

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