天棚惯容控制半主动悬架的性能分析
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何 海（１９９３—），男，江苏泰州人，硕士研究生（１７４１５５１６６９＠ｑｑ．ｃｏｍ），主要从事车辆动态性能模拟与控制的研究．
４ ９８
第 ３９卷
半主 动 悬 架［１］可 以 根 据 需 要 调 节 悬 架 刚 度 或 阻尼，其性 能 优 于 被 动 悬 架，成 本 比 主 动 悬 架 低 得 多，是今后 悬 架 系 统 发 展 的 主 要 方 向［２］．刚 度 调 节 可以通过空气弹簧或油气弹簧来实现，然而，由于汽 车弹性元件需承载车身的载荷，因此，实施刚度控制 比阻尼控制困难得多．目前，在汽车半主动悬架研究 中，对阻尼控制的研究较多［３－４］．不论是阻尼还是刚 度可调的半主动悬架，与传统被动悬架一样，都基于 经典隔振理论建立在“弹簧 阻尼”悬架结构体系之 上，这限制了悬架性能的进一步提高．
ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｉａｎｇ，ＨＥＨａｉ，ＮＩＥＪｉａｍｅｉ，ＣＨＥＮＬｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎａｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙａｄｊｕｓｔａｂｌｅｉｎｅｒｔｅｒ，ａｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏｔｈａｔｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｐｒｕｎｇｍａｓｓ． Ｔｈｅｑｕａｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｎｄｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｒａｓｉｔｉｃｄａｍｐｉｎｇｉｎｉｎｅｒｔｅｒｏｎｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｕｎｄｅｒｕｎｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，３３．０％ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｆｏｒｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｏｆ ｂｏｄｙａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｔｙｒｅｌｏａｄｏｆｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙ５２．３％ ａｎｄ ３５．５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｏｆｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｂｅｔｔｅｒ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｕｎｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｐａｒａｓｉｔｉｃｄａｍｐｉｎｇｔｏｉｎｅｒｔａｎｃｅｉｓ，ｔｈｅｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｓ．Ｔｈｅｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔｔｈｅ ｓｋｙｈｏｏｋｄａｍｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｐｏｏｒａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｎｏｌｏａｄａｎｄｆｕｌｌｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅｉｎｅｒｔｅｒ；ｐａｒａｓｉｔｉｃｄａｍｐｉｎｇ；
文献［５］基于机电相似理论提出惯容器的概念 并设计了实现装置．惯容器的出现及“惯容 弹簧 阻尼”悬架 结 构 新 体 系 的 提 出，摆 脱 了 悬 架 来自百度文库 术 发 展固有观 念 的 束 缚，突 破 了 基 于 经 典 隔 振 理 论 的 “弹簧 阻尼”结构体系对悬架性能进一步提高的瓶 颈制约，为 悬 架 技 术 发 展 提 供 了 一 个 崭 新 的 平 台［６－７］．
ｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔ
收稿日期：２０１７－０８－１８ 基金项目：国家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１４０５２０２）；中 国 博 士 后 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０１５Ｍ５７０４０８）；江 苏 省 科 技 成 果 转 化 专 项
（ＢＡ２０１７０２８）；江苏省“六大人才高峰”项目（２０１６－ＧＤＺＢ－０９７） 作者简介：张孝良（１９７９—），男，河南洛阳人，副教授（ｚｘｌ１９７９＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事车辆动态性能模拟与控制的研究．
引文格式：张孝良，何 海，聂佳梅，等．天 棚 惯 容 控 制 半 主 动 悬 架 的 性 能 分 析 ［Ｊ］．江 苏 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ），２０１８，３９（５）： ４９７－５０２．
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｍｉａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｗｉｔｈｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ
２０１８年 ９月 第 ３９卷 第 ５期 Ｓｅｐｔ．２０１８ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７７７５．２０１８．０５．００１
天棚惯容控制半主动悬架的性能分析
张孝良，何 海，聂佳梅，陈 龙
（江苏大学 汽车与交通工程学院，江苏 镇江 ２１２０１３）
摘要：基于设计的连续可调惯容器装置，提出了一种效果相当于增加簧载质量的天棚惯容控制方 法，利用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件搭建传统悬架和天棚惯容悬架系统的 １／４车辆模型，并对其性能进 行对比分析，在此基础上，研究了可调惯容器寄生阻尼对悬架性能的影响规律．结果表明：与传统悬 架空载相比，天棚惯容悬架偏频降低了 ３３．０％，车身加速度和轮胎动载荷均方根值低频峰值分别 减小了 ５２．３％和 ３５．５％，提高了空载状态下车辆的行驶平顺性，使车辆具有更好的空载、满载适应 能力；可调惯容器寄生阻尼与惯容系数的比值越小，天棚惯容悬架性能改善越明显；天棚惯容控制 能够解决天棚阻尼控制对车辆空载、满载适应能力差的问题． 关键词：半主动悬架；天棚惯容控制；可调惯容器；寄生阻尼；行驶平顺性 中图分类号：Ｕ４６３．３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－７７７５（２０１８）０５－０４９７－０６
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第 ３９卷
半主 动 悬 架［１］可 以 根 据 需 要 调 节 悬 架 刚 度 或 阻尼，其性 能 优 于 被 动 悬 架，成 本 比 主 动 悬 架 低 得 多，是今后 悬 架 系 统 发 展 的 主 要 方 向［２］．刚 度 调 节 可以通过空气弹簧或油气弹簧来实现，然而，由于汽 车弹性元件需承载车身的载荷，因此，实施刚度控制 比阻尼控制困难得多．目前，在汽车半主动悬架研究 中，对阻尼控制的研究较多［３－４］．不论是阻尼还是刚 度可调的半主动悬架，与传统被动悬架一样，都基于 经典隔振理论建立在“弹簧 阻尼”悬架结构体系之 上，这限制了悬架性能的进一步提高．
ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｉａｎｇ，ＨＥＨａｉ，ＮＩＥＪｉａｍｅｉ，ＣＨＥＮＬｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅａｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎａｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙａｄｊｕｓｔａｂｌｅｉｎｅｒｔｅｒ，ａｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏｔｈａｔｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｐｒｕｎｇｍａｓｓ． Ｔｈｅｑｕａｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｎｄｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｒａｓｉｔｉｃｄａｍｐｉｎｇｉｎｉｎｅｒｔｅｒｏｎｔｈｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｕｎｄｅｒｕｎｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，３３．０％ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄｆｏｒｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅｏｆ ｂｏｄｙａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｔｙｒｅｌｏａｄｏｆｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙ５２．３％ ａｎｄ ３５．５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｏｆｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｂｅｔｔｅｒ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｕｎｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｐａｒａｓｉｔｉｃｄａｍｐｉｎｇｔｏｉｎｅｒｔａｎｃｅｉｓ，ｔｈｅｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｓ．Ｔｈｅｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌｃａｎｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔｔｈｅ ｓｋｙｈｏｏｋｄａｍｐｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｈａｓｐｏｏｒａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｎｏｌｏａｄａｎｄｆｕｌｌｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ；ａｄｊｕｓｔａｂｌｅｉｎｅｒｔｅｒ；ｐａｒａｓｉｔｉｃｄａｍｐｉｎｇ；
文献［５］基于机电相似理论提出惯容器的概念 并设计了实现装置．惯容器的出现及“惯容 弹簧 阻尼”悬架 结 构 新 体 系 的 提 出，摆 脱 了 悬 架 来自百度文库 术 发 展固有观 念 的 束 缚，突 破 了 基 于 经 典 隔 振 理 论 的 “弹簧 阻尼”结构体系对悬架性能进一步提高的瓶 颈制约，为 悬 架 技 术 发 展 提 供 了 一 个 崭 新 的 平 台［６－７］．
ｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔ
收稿日期：２０１７－０８－１８ 基金项目：国家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１４０５２０２）；中 国 博 士 后 科 学 基 金 资 助 项 目 （２０１５Ｍ５７０４０８）；江 苏 省 科 技 成 果 转 化 专 项
（ＢＡ２０１７０２８）；江苏省“六大人才高峰”项目（２０１６－ＧＤＺＢ－０９７） 作者简介：张孝良（１９７９—），男，河南洛阳人，副教授（ｚｘｌ１９７９＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事车辆动态性能模拟与控制的研究．
引文格式：张孝良，何 海，聂佳梅，等．天 棚 惯 容 控 制 半 主 动 悬 架 的 性 能 分 析 ［Ｊ］．江 苏 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ），２０１８，３９（５）： ４９７－５０２．
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｍｉａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｗｉｔｈｓｋｙｈｏｏｋｉｎｅｒｔａｎｃｅｃｏｎｔｒｏｌ
２０１８年 ９月 第 ３９卷 第 ５期 Ｓｅｐｔ．２０１８ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．５
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７７７５．２０１８．０５．００１
天棚惯容控制半主动悬架的性能分析
张孝良，何 海，聂佳梅，陈 龙
（江苏大学 汽车与交通工程学院，江苏 镇江 ２１２０１３）
摘要：基于设计的连续可调惯容器装置，提出了一种效果相当于增加簧载质量的天棚惯容控制方 法，利用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件搭建传统悬架和天棚惯容悬架系统的 １／４车辆模型，并对其性能进 行对比分析，在此基础上，研究了可调惯容器寄生阻尼对悬架性能的影响规律．结果表明：与传统悬 架空载相比，天棚惯容悬架偏频降低了 ３３．０％，车身加速度和轮胎动载荷均方根值低频峰值分别 减小了 ５２．３％和 ３５．５％，提高了空载状态下车辆的行驶平顺性，使车辆具有更好的空载、满载适应 能力；可调惯容器寄生阻尼与惯容系数的比值越小，天棚惯容悬架性能改善越明显；天棚惯容控制 能够解决天棚阻尼控制对车辆空载、满载适应能力差的问题． 关键词：半主动悬架；天棚惯容控制；可调惯容器；寄生阻尼；行驶平顺性 中图分类号：Ｕ４６３．３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－７７７５（２０１８）０５－０４９７－０６