计及温度补偿的阻尼可调减振器特性研究

【摘要】汽车平顺性越来越被人们所重视，汽车悬架系统则是影响汽车平顺性的关键。对于半主动悬架，阻尼可调减振器已成为主要研究方向。减振器在工作过程中，机械能会不断的转化为热能，致使内部油液温度升高，油液温升后会直接影响到油液的动力粘度，进而会影响减振器的阻尼特性，对车辆行驶平顺性也将产生有很大影响，但大多数学者往往都忽略了减振器内部油液温度变化对阻尼特性的影响。因此，本文重点研究减振器内部油液温度变化对阻尼特性的影响，并提出温度补偿的解决办法。本文通过分析阻尼可调减振器的工作原理和生热机理，建立数学模型和热力学模型，结合减振器温度特性试验，构造阻尼力、速度、电流和温度的关系，基于最优控制原理，设计半主动悬架控制系统，实现带有温度补偿功能的半主动悬架。本文对阻尼可调减振器的特性研究及结论如下：1）阻尼可调减振器数学模型的建立。对阻尼可调减振器结构和工作原理进行分析，抽象并简化出减振器系统，结合流体力学的相关知识，建立了阻尼可调减振器的数学模型。利用Matlab/Simulink工具，搭建出阻尼可调减振器模型，同时将仿真结果与试验结果进行对比分析，验证了数学模型的正确性。2）依据热力学第一定律，分析减振器生热机理，综合热传导、热对流、热辐射等传热情况，建立减振器的热力学模型。得出减振器内部油液工作时的温度变化情况，并计算出减振器内部油液的平衡温度。通过对阻尼可调减振器做相关的温度试验，并对被动双筒式减振器更换液压油，分析液压油对温度特性的影响，得出阻尼可调减振器在低温条件下，阻尼力下降较慢，高温条件下，阻尼力下降较快。减振器阻尼力下降快慢程度，不仅仅与温度有关，电流的变化对温度特性也有影响，在电流较低时，低温情况下，复原阻尼力下降较快，在电流较高时，低温情况下，复原阻尼力变化较平缓。3）计及温度补偿功能的半主动悬架控制策略设计。建立四分之一车辆数学模型，并推导出车辆系统的状态方程，基于最优控制原理，得到最优阻尼力。将最优阻尼力设定为目标值，结合热力学模型计算出的减振器内部油液的温度，实时控制电流大小，使阻尼可调减振器输出的阻尼力与目标阻尼力值接近，实现带有温度补偿功能的半主动悬架控制。通过比较三种悬架（被动悬架，无温度补偿的半主动悬架，有温度补偿的半主动悬架）的状态响应，在B级路面，车速100Km/h，温度为100℃时，相比于被动悬架，无温度补偿半主动悬架的车身垂向加权加速度值降低14.45%，有温度补偿半主动悬架的车身垂向加权加速度值降低25.43%；在温度为20℃时，无温度补偿的半主动悬架和有温度补偿的半主动悬架的车身加速度值相同，且相比与被动悬架的车身加速度值均减小。在C级路面，车速60Km/h，相比于被动悬架，无温度补偿半主动悬架的车身加速度均方根值减小12.55%，有温度补偿的半主动悬架的车身加速度均方根值减小23.58%。由此得出有温度补偿的半主动悬架改善车辆平顺性最优，无温度补偿的半主动悬架对改善车辆平顺性优于被动悬架。
【作者】崔红亮；
【导师】郭孔辉；章新杰；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】阻尼可调减振器；半主动悬架；热力学模型；温度补偿；最优控制；

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