文摘

提高舒适度,非线性悬架系统的基础上,提出了非线性隔振理论和卡车的驾驶室悬架系统的安装空间。该系统适用于所有浮动出租车。方便匹配和设计,分析了悬架系统的静态和稳定特征,分别和边界条件的稳定系统。此外,出租车建立了仿真模型,进行了动态仿真。稳定性分析表明,出租车系统的振动激励越小,其稳定性越高。加速度的动态仿真结果表明,与非线性悬架系统有效地抑制了出租车;悬架的动态挠度保持在一定的范围内,并悬挂行程的设计空间可以有效地利用。与传统的线性悬架系统相比,非线性悬架系统具有更好的隔振特性,可以有效地提高运行舒适感。

1。介绍

交通运输业在国民经济中扮演着重要角色的国家。为主体的运输行业,稳定性和乘坐舒适的卡车已经备受关注1,2]。辆出租车的悬架系统,作为一个主要的隔振系统,直接影响驾驶员的行驶舒适。学者们进行了大量的理论和实验研究对这个问题(3- - - - - -5]。

出租车的隔振系统的各种形态。持续改进的驾驶舒适性要求,所有浮动出租车已经成为逐渐流行的(6]。空气悬架系统只是用于高端的出租车车辆由于其高昂的代价。常见的螺旋弹簧或橡胶弹簧通常用于普通的出租车车辆的悬架系统。然而,他们的高动态刚度和可怜的低频隔振导致可怜的安慰。以前的研究对商用车驾驶室振动主要集中在被动悬架的基本优化(7,8]。为了提高车辆的舒适性,一些学者采用了积极的或半活性控制方法9,10],但他们没有在实践中应用了许多年。对于被动停止,如果他们的刚度较大,运行舒适感会更糟;如果他们的刚度越小,暂停偏转将更大。静态刚度高、低动态刚度悬架是一种有效解决上述矛盾。许多系统的设计涉及到稳定问题[11,12]。这样的悬挂系统,设计中要注意的稳定系统。

许多学者进行了很多研究对隔振系统静态刚度高和低动态刚度。最典型的结构包括两个斜弹簧和一个垂直的线性弹簧(13]。一些学者还应用主动控制方法(14和新材料15)生成负刚度,从而提高隔离振动隔离系统的性能。周et al。16]分析了quasi-zero-stiffness振动隔离器的非线性动态特性。黄等。17)提出了一种方法来设计一个quasi-zero-stiffness系统并联的线性弹簧和欧拉屈曲梁负刚度。孟et al。18)提出了一个quasi-zero-stiffness隔离器的设计基于一个碟形弹簧和研究了系统参数对力的影响传输速率通过平均法。Le et al。19)设计了一个quasi-zero-stiffness并联隔振系统的两个连杆和弹簧,它适用于汽车座椅,隔振,取得了良好的隔振效果。徐et al。20.quasi-zero-stiffness特色)设计了一种低频隔振器通过使用磁弹簧。Carrella et al。21)设计了一个高的隔振系统静刚度和动刚度低相结合的线性弹簧和磁铁弹簧。在[22),一种方法用于获得负刚度提出了利用非线性超弹性的材料的间隔。产生负刚度的方法提出了利用磁非线性(23]。周等人研究了小说quasi-zero-stiffness支柱及其应用(24,25]。在[26),斯图尔特隔离器的负磁弹簧刚度进行了分析。

先前的研究主要集中在形式、原则、特征quasi-zero-stiffness光电隔离器,很少应用到驾驶室隔振系统。基于非线性隔振理论和悬架系统的安装空间,本文应用非线性悬架系统所有浮动的出租车。此外,分别分析了其静态和稳定特征。卡车驾驶室的仿真模型建立了使用MATLAB软件,进行了仿真和安慰。

2。出租车的非线性悬架系统

图1显示了辆出租车的非线性悬架系统,它由前悬挂和后悬挂装置。”l_ij”表示距离的安装点暂停出租车质量中心。”我“表示”f”和“r,”分别;”j“表示”R”和“l,”分别;”f”、“r”、“R”和“l”表示前面,后面,左边,分别。每个暂停使用一对横向线性弹簧产生负刚度在垂直方向,和一个quasi-zero-stiffness隔振系统在平行与垂直形成积极的线性弹簧刚度。在静平衡位置,负刚度产生的负刚度调整机制和积极的刚度产生的垂直弹簧相互抵消,可以获得和quasi-zero-stiffness特征(27]。

为了便于工程应用,原始出租车系统相当于四个单自由度系统,并分别匹配进行研究。等效系统如图2,在那里米_我相当于弹簧的质量悬架系统;K_H横向刚度的弹簧;l_H横向弹簧的安装空间;K_V是垂直的弹簧的刚度;C悬架系统的阻尼系数;z_我的垂直位移等效弹簧质量;和问_我的垂直位移激励悬架系统。

3所示。匹配和非线性悬架系统的静态特性分析

的匹配和静态特性非线性悬架系统驾驶室设计中是很重要的因素。后悬架空间结构和性能参数确定,相应确定系统的动态特性。因此,首先,它是必要的匹配挂载系统的结构和性能参数。

3.1。非线性悬架系统的匹配

当出租车体重应用于悬架系统,每个支持的大规模悬架可以通过受力分析:

在实际工程应用中,它可以近似认为出租车质量符合几何中心的中心,因此

静态平衡后,横向春天只是在水平位置(记录为平衡位置)。压缩值之间的关系l_V,等效质量米_我和垂直弹簧刚度K_V可以表示如下:

根据出租车的垂直运动空间,l_V可以确定。根据方程(3),K_V可以确定为

根据横向横向弹簧的安装空间,l_H可以确定。根据几何关系,原来的长度l₀横向的春天可以确定通过比较之前和之后的静态平衡:

根据几何关系,当帧之间的相对运动和出租车发生相对位移u可以表示为

根据虚功原理,相对位移u发生时,弹性垂直力之间的关系F和相对位移u非线性悬架系统的出租车被表达如下:

传统的线性悬架系统,垂直弹性力之间的关系F和位移u的线性悬架系统如下:

非线性悬架系统的刚度特性可以通过计算获得的导数F来u由方程(7):

让z= 0,刚度K_e非线性悬架系统的静平衡位置可以表示为

根据自然频率f_我所要求的悬架系统的价值K_e可以确定为

根据的价值K_e与方程(10)和(11),刚度K_H横向的春天可以确定

在特殊情况下,为了实现零刚度平衡位置,K_e= 0,所以横向刚度的弹簧可以进一步表示为

从方程(9),我们获得以下:

让K−K_V根据方程(≤0和14),区间非线性悬架的刚度小于线性悬架可以获得的

的区间非线性悬架的刚度比的线性悬架可以获得

例如,为了提高舒适的重型卡车、出租车的非线性悬架系统匹配根据本研究中提供的方法。出租车质量中心和几何中心大约一致。车的质量米= 880公斤。根据悬架系统的安装空间要求,我们可以确定l_V= 45毫米,l_H= 60毫米。为了实现零刚度在静平衡位置,K_H= 95.82 N /毫米,K_V分别为= 47.91 N / mm的决心。图3垂直弹性力之间的关系曲线F和位移u悬架系统。从图3可以看出,在平衡位置附近,非线性悬架系统的刚度接近于零。当u∈(−24 24)毫米,非线性悬架系统的动态刚度低于传统的线性悬架系统,它可以减弱驾驶室振动更好。当u< 45−−24 mm或u< 24日45毫米,动态刚度的非线性悬架系统比传统的线性悬架系统,可以更好地限制大规模驾驶室的振动。

3.2。系统参数对静态特性的影响

根据上面提到的匹配方法,静态特征的非线性悬架系统固有频率的影响f_我,压缩值l_V,安装空间l_H横向的春天。为了掌握参数对静态特征的影响,图4是基于方程(9)。图4(一)显示与固有频率的增加f_我静态平衡位置,低频隔振的地区(−24 24)毫米不变,但该地区的刚度增加和其他区域减少。从图4 (b)可以看出,增加安装空间l_H横向的春天是有助于减少低频隔振的刚度。从图4 (c)可以看出,增加压缩值l_V有助于减少低频隔振的刚度,但限制地区的刚度也减少了。

4所示。幅频特性和稳定性分析

让非线性弹簧力的精确解析表达式F(u),然后的泰勒展开式F(u)u=u₀表示为

为了探索的内在特征与非线性悬架系统,出租车的三阶泰勒展开F(u)在本研究中采用:

因此,弹性垂直力之间的关系F和位移u的非线性悬架系统可以近似表示为 在哪里 和 。

比较之间的曲线弹性垂直力F和位移u的非线性悬架系统由公式(7)和(19)如图5。相比之下,近似曲线可以近似准确的曲线更好。因此,它是可行的近似非线性弹簧力的精确解析表达式使用三阶泰勒展开。

从图2,相当于出租车系统的振动方程可以得到如下:

用方程(6)和(19)方程(20.),我们获得以下:

方程(21)可以进一步表示为

假设的激励框架 在哪里Y₀框架的振动加速度幅值。

用方程(23)方程(22),我们获得以下:

的恒等变换方程(24),我们获得以下:

由方程(变量替换25),我们获得以下: 在哪里n衰减系数,p是无阻尼固有频率,2n=c/米,p²=k₁/米,ε=k₃/米。

假设主共振响应附近ω≈p对方程(26)如下: 在哪里一个相对位移的幅值吗u简谐振荡。

方程(27)代入方程(26),第三个谐波是忽略。然后,让双方相应的系数相等,我们得到以下方程:

基于方程(28),幅频特性曲线的方程可以获得如下(28]:

计算的微分方程(29日)一个,我们得到

简化方程(30.),我们获得以下:

周期解的稳定性条件如下:

例如,幅频特性曲线的非线性悬架系统的设计出租车在不同激励下的加速度图所示6。显示非线性悬架的优点、特性曲线的线性悬架的垂直刚度K_V= 47.91 N / mm也绘制在图6。分析表明,与激励强度的增加,振动响应的峰值变化,和不稳定的地区逐渐增加。与此同时,响应幅值一个也增加了。因此,出租车与非线性悬架系统的振动激励越小,稳定性越好。此外,它还可以看到响应振幅一个的非线性悬架明显小于线性悬架的Y₀= 20 m / s²在0∼2.5赫兹的范围;为响应振幅一个,有一个两个悬挂之间的细微差别Y₀= 10 m / s²。结果表明,在稳定的地区,当激发更大、非线性悬架的优点是更加明显。

5。动态建模

出租车系统是一个非常复杂的多自由度弹性结构。为了比较和验证非线性悬架的隔离效果,出租车系统的三自由度(自由度)模型被认为是。根据图1振动系统的微分方程,可以得到如下: 在力F_我(我= 1,2,3,4),当由方程(7),这是一个非线性弹性力,当由方程(8),它是一个线性弹性力。

根据上面的动态方程,建立了出租车系统的三自由度仿真模型,利用MATLAB软件,如图7。在此基础上,非线性悬架系统的性能分析。分析中使用的模型参数如表所示1。

6。动态仿真分析

为了验证的有效性和适用性的出租车非线性悬架系统设计,本节的重点是分析加速度和悬架的响应特性和线性悬架系统进行比较。本文框架的随机振动信号收集的重型卡车驾驶75公里/小时的速度在高速公路上(在[29日)作为激励模型。

6.1。仿真分析出租车的垂直加速度

为了分析的出租车的舒适度改善非线性悬架系统的时域响应和出租车垂直加速度功率谱密度的数值建模基于仿真模型。摘要T= 100年代选择计算出租车垂直加速度。计算结果如图所示8。

图8(一个)显示,与传统的线性悬架相比,垂直加速度的出租车非线性悬架系统显著减少,RMS(均方根)加速度值减少了49.1%。图8 (b)显示,出租车垂直振动加速度功率谱密度的显著减少在低频阶段后的非线性悬架的使用。结果表明,在低频阶段,非线性悬架系统具有良好的隔振特性,可有效降低驾驶室振动和提高运行舒适感。

6.2。悬架动挠度的仿真分析

图9悬架动挠度的仿真结果。从图9的变化趋势可以看出,非线性悬架的旅行基本上是相同的线性悬架。每个非线性悬架的动挠度不超过45毫米,和旅行是在允许的范围内。使用非线性悬架系统后,四人停职的动态挠度值略有增加,从而使悬架设计空间的充分利用。结果表明,非线性悬架系统可以限制出租车的大规模运动,避免碰撞的限制。因此,提出工程卡车出租车非线性悬架系统的设计方案是可行的。

7所示。结论

基于非线性隔振原理,非线性悬架系统的所有浮动出租车是本文设计的。系统的静态特性和稳定性进行了分析。的影响的非线性悬架的力学性能出租车使用MATLAB进行了模拟和分析。通过本研究,得出了以下的结论:(1)固有频率的增加f_我静态平衡位置,低频隔振区域不变,但该地区的刚度增加和其他区域减少。增加了安装空间l_H横向的春天是有助于减少低频隔振的刚度。增加压缩值l_V有助于减少低频隔振的刚度,但限制地区的刚度也减少了。(2)与激励强度的增加,振动响应的峰值转向正确的和不稳定的地区逐渐增加。与此同时,响应幅度一个也增加了。出租车的非线性悬架系统的振动激励越小,稳定性越高。(3)与线性悬架系统相比,非线性悬架系统的隔振频率范围是广泛的,特别是在低频阶段。它具有良好的隔振特性,可以有效地降低驾驶室振动和提高运行舒适感。使用非线性悬架系统,此外,后悬架的动态刚度降低和动态偏转稍有增加,充分利用设计空间的悬挂中风。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突的研究,本文的作者,和/或出版。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(51575325)。