汽车动力学研究.docx

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1、汽车动力学研究：减震器非线性性质的测试和建模摘要——我们这项工作的主要目的是开发一个新的为获取汽车减震器非线性特性的测试和分析方法。马自达CX—7的前端减震器在单柱震动测试台上测试。根据汽车悬挂系统因路面不规则度而引起的典型震动速度大小，减震器活塞速度测试范围从0.01m/s到1.3m/s。运用减震器的实验数据，我们建立并验证三个减震器模型。幂函数模型和多项式函数模型精确的抓住了减震器的非线性特性并能够很好适用于用于汽车仿真的实验数据。减震器关于汽车动力学在垂直方向上的影响已经被分析。索引词条——减震器；非线性；汽车动力学。1.介

2、绍汽车研究的一个主要方面是提高汽车驾驶性能和操作性能。舒适度目标和操作性能能够通过分析并改造汽车；改造它的电子稳定控制系统、悬挂控制系统等子系统达到。这些控制系统通过将汽车动力行为模拟成预先确定好的汽车数学模型来操作的。因此，能够精确抓住汽车悬挂系统动动力性并能预测汽车行为的高精度的数学模型是很关键的。任何汽车悬挂系统都有一个主要部件——减震器。它在汽车水平和垂直方向上的运动骑着重要作用。汽车模型的精确度很大程度依赖与减震器模型的精确度。减震器也是建模最为复杂的非线性汽车悬挂部件之一。有两种方法对减震器建立模型：基于物理和几何上的

3、物理建模和基于实验数据的非参数建模。它们中的每一种都有各自特定的优点和不足。A．减震器物理模型物理模型，基于减震器内部结构和随后的操作动力性的详细描述，十分精确的描述了多种操作环境下减震器的行为（从理论角度上，是一种最为令人满意的模型）。但是它们在计算上通常是很复杂的，当在全面的汽车仿真实施运用时，需要消耗长时间的计算。它们包含的一些参数数值需要特殊测试装置经过高成本的测量才能得到。并且减震器设计上的微小变化就可能会需要模型的调整和一套新的测试装置，这种模型一般只能在减震器制造商那里实现。Lang在1977年开发了一个复杂的减震器

4、物理模型。这个模型包含大约80个参数，计算上很复杂，不适合用于复杂的汽车仿真研究和系统识别。后来，Lang的模型被Morman简化。Morman的模型已经被证明在研究特定冲击条件下设计结构的改变的影响是有用的。Reybrouck在1994年开发了一个参数更少的模型，适用于频率在20Hz以下的冲击。这个模型依赖半经验的系数，并且没有考虑内部结构的修改对减震器性能的影响。Talbott在2002年开发了一个叫做ÖhlinsNASCARNextelCupshock的模型，这一模型考虑了减震器调整参数如垫片堆刚度、垫片堆预加载荷、放气孔面

5、积对减震器性能的影响。Emmons扩展了Tabott的模型，使其包含了进来在Penske用到的置顶阀。B．减震器非参数化模型非参数化模型用纯粹了数学方法建立起了一个被测量之间的关系；现存的参数没有直接的物理意义。对于减震器，这个关系是冲击力和速度之间的关系。在这种方法中，减震器在某一特定范围内的测试中充当黑盒作用。与物理模型不同，非参数化的模型在某一限定的操作范围内精确描述了待测试系统的行为。并且，这个方案建立了计算上有效的模型，能够很容易地移植到一套新的测试数据中。从实验数据中运用系统识别技术建立非参数化模型已经被Alanoly

6、完成。基于恢复力表面映射的模型已经被开发出来。这个模型认为冲击里是位移和速度的函数。虽然这个模型只限于单频率激励，它还是作为一个识别系统非线性度一个有用的工具。对与研究设计变化对减震器的影响和调整减震器使减震器达到理想的性能，一个复杂的减震器物理模型是有必需的。然而，如果我们的目标是在全方面车辆仿真环境下描绘出减震器的性能特征，非参数化模型方案是合适的。这篇论文建立了三个能够快速适用于实验数据和汽车仿真的减震器模型。这些模型都是基于我们理解认为减震器是一个主要与速度相关的器件。论文的内容如下安排：在第二部分，我们介绍单柱震动测试台

7、，并叙述减震器测试的实验程序。在第三部分，我们展示出三种减震器模型，这些模型通过实验数据进行论证。在第四部分，减震器模型对于汽车垂直动力学的影响被分析。在第五部分，我们讨论未来加强并改进减震器的趋势和前景。2．减震器测试A．单柱震动测试试验台为了建立起一个减震器模型，马自达CX—7的前端减震器在单柱震动测试台上测试。这一试验台运用修改后的MTS单柱震动器，如图一所示。带有集中载荷单元的框架被建立起来，以此来给减震器加载。这个测试试验台由一个40kN的液压缸启动，行程能够达到10英寸。这一系统有很出色的频率响应，最高频率到80Hz，

8、最大速度到1.5m/s。这个试验台装备有力、位移、加速度传感器。在测试过程中，冲击位置、加速度和减震器阻尼力的测量数据被记录。位移由墨斗线测量并且，一个线性差动变压器也安装在单柱震动器上。众所周知，减震器特性随温度变化而变化。考虑温度因素影响，减震