双腔室空气弹簧模型及动态特性研究

双腔室空气弹簧以其优良的隔振性能及刚度可变特性已经在部分高端车型和赛车上得到应用,但是对其动刚度预报的精确模型及动态特性的深入研究还不够完善。基于能量原理从热力学角度出发,结合空气动力学及结构动力学给出一套双腔室空气弹簧的精确模型并给出各刚度、阻尼项明确的物理意义。设计示功试验,选取不同振幅和频率的正弦激励对双/单腔空气弹簧进行试验验证。试验结果表明所提动刚度模型能够很好地反映出双腔室空气弹簧的滞回特性及刚度可变特性,也能够明确反映出动刚度的频率相关性。最后基于模型给出各参数项对动刚度幅值和滞回相位角的影响规律,基于试验验证仿真结果并给出规律的物理解释。研究结果表明：单腔室空气弹簧的动刚度频率特性相位角仅因热交换而存在一个峰值;双腔室空气弹簧的动刚度相位角存在2个峰值,主要是由热交换(第1峰)与小孔产生的阻尼效应(第2峰)导致;当激励频率趋向于无穷时,由于热交换不充分及腔室之间气体来不及进行交换,故单/双腔室空气弹簧的动刚度相位角逐渐趋向于零;研究得出的模型预报方法及动态特性可以对单/双腔室空气弹簧的动刚度进行准确估计,并给出了其动刚度的频率相关性及其影响因素与变化规律。研究结论能够对空气弹簧的整车动力学匹配及设计提供正面的指导。     

基于Payne效应的膜式空气弹簧非线性动刚度模型

本文中提出了一种考虑气囊橡胶Payne效应和热力学等效刚度阻尼滞回特性的膜式空气弹簧非线性动刚度模型,以解决空气弹簧动刚度非线性建模难题,并为气囊结构设计与材料选择提供理论依据。首先,通过示功试验对动刚度实部和虚部进行参数识别,表明在小振幅下,气囊橡胶Payne效应会引起动刚度的增大,并验证了不同振幅和频率激励下模型的正确性。接着,从振幅和频率两个维度给出了各解耦变量贡献度变化趋势的物理解释。结果显示,气囊橡胶的Payne效应使动刚度实部随振幅增大而减小,虚部随振幅增大呈现先增大后逐渐减小的趋势;气体刚度和由热交换产生的等效阻尼会使动刚度实部随频率升高逐渐增大,虚部随频率升高先增大后减小。最后给出了一个反映橡胶气囊动刚度贡献率的膜式空气弹簧新的评价指标,可直接表征空气弹簧低幅动态性能和结构设计与材料选择的优劣。试验表明,该值主要随振幅增加明显下降,橡胶气囊在低振幅时产生的刚度不可忽视。     

基于复合动态采样的自动驾驶矿车节能路径规划方法

近年来,考虑安全与效率的自动驾驶矿车路径规划方法已逐渐成熟,并在多种矿山场景落地应用。与此同时,产业界和学术界也开始关注如何利用路径规划提升矿车的燃油经济性。针对这一需求,本文提出了一种矿山场景下的自动驾驶矿车节能路径规划方法,其主要特点是根据车速、道路坡度及障碍物进行S-L（进度-偏离）和S-T（进度-时间）的复合动态采样。针对矿山典型地形场景,建立了矿车燃油消耗指标,提出了安全性-运行效率-能耗综合路径评价模型;为了防止评价模型的各项权重陷入局部最优,设计了基于模拟退火策略的粒子群自适应优化方法。在矿山实际场景的测试中,本研究提出方法较现有方法在燃油经济性指标上平均提升了11.28%。     

基于非线性空气弹簧模型的整车仿真与主客观评价

应用非线性空气弹簧模型,研究了空气悬架整车的动力学仿真和主观评价。结合空气弹簧频率、振幅相关性模型与Simulink仿真,给出了空气悬架整车7自由度模型,对比了不同路面情形下悬架动行程和簧上加速度的均方根值和功率谱密度。从时域和频率2个角度分析了不同速度、路面及减振器阻尼情形下空气悬架整车的动态特性。对装有不同空气弹簧的整车进行主、客观试验测试。结果表明：悬架动行程预测误差小于7%,簧上位置加速度共振峰值预测误差小于6%,共振频率预测误差小于6%;从而验证了所提模型的普适性和精确性;反映了带空气悬架整车的动态特性,解释了平顺性主客观试验的机理。