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CN102678808A - 一种刚度和阻尼联合调节的减振系统及减振方法 - Google Patents

一种刚度和阻尼联合调节的减振系统及减振方法 Download PDF

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CN102678808A CN2012101911667A CN201210191166A CN102678808A CN 102678808 A CN102678808 A CN 102678808A CN 2012101911667 A CN2012101911667 A CN 2012101911667A CN 201210191166 A CN201210191166 A CN 201210191166A CN 102678808 A CN102678808 A CN 102678808A
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朱思洪
马然
周永清
贺亮
王家胜
李科
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Nanjing Agricultural University
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Nanjing Agricultural University
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Abstract

本发明公开一种刚度和阻尼联合调节的减振系统及减振方法，带附加气室的空气弹簧与磁流变减振器并联设置在悬架上连接板与悬架底板之间；空气弹簧经定位控制阀与附加气室相连。该减振方法包括以下步骤：控制器每间隔一定时间便对车身响应加速度时域信号进行傅里叶变换，根据垂向能量最大的激励频率，由控制器向定位控制阀输出控制信号，实时控制调节空气弹簧与附加气室之间节流孔开度，从而改变悬架的刚度，达到避开激励频率的目的，通过改变磁流变减振器输入电流来调节其阻尼大小，进一步衰减振动。本发明可实现刚度和阻尼联合调节，增大了调节范围，适应车辆复杂多变的行驶工况，提高了减振性能。

Description

一种刚度和阻尼联合调节的减振系统及减振方法
技术领域
本发明涉及车辆悬架系统领域，具体涉及车辆悬架系统的减振技术。
背景技术
车辆行驶过程中，车辆系统的振动会造成乘员的不舒适，危害到乘员的身心健康，还会造成所承载货物和车辆本身结构部件的疲劳和破坏，影响车辆的耐久性和舒适性。因此，提供一个可有效衰减振动能量的减振系统对维护乘员身心健康、提高车辆耐久性等有很大帮助。
目前，车辆底盘减振系统多采用定刚度的螺旋弹簧和定阻尼的液压减振器作为减振元件，其刚度和阻尼是针对特定工况设计的，系统振动特性固定不变，不能适应变化的行驶工况，而节流面积可调的液压减振器节流阀结构复杂，能量消耗大，且仅在几个水平上实现了阻尼可调，调节范围较窄，限制了车辆性能的进一步提高，依然难以适应车辆复杂多变的行驶工况，减振效果不理想。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种刚度和阻尼联合调节的减振系统及减振方法。
1、一种刚度和阻尼联合调节的减振系统，其特征在于：
以带附加气室的空气弹簧为弹性元件，以磁流变减振器为阻尼元件，建立刚度和阻尼连续可调的半主动悬架系统，空气弹簧上支架与悬架上连接板固定连接，空气弹簧下支架与悬架底板连接；空气弹簧经高度控制阀与供气系统连接，高度控制阀由控制杆控制，控制一端与高度控制阀连接，另一端与悬架底板铰接；空气弹簧经定位控制阀与附加气室相连；定位控制阀的信号线与控制器的一个输出端口相接；磁流变减振器与空气弹簧并联；磁流变减振器上支架与悬架上连接板铰接，磁流变减振器下支架与悬架底板铰接；磁流变减振器中励磁线圈引出的导线与控制器的另一输出端口相接。
上述空气弹簧的初始安装位置由高度控制阀控制调整，当空气弹簧处于压缩或拉伸状态时，高度控制阀在控制杆作用下开启其内的充气阀或排气阀，供气系统向空气弹簧充气或排气，当空气弹簧恢复到其平衡位置，阀门关闭。
2、一种刚度和阻尼联合调节的减振方法，其特性在于包括以下步骤：
(1)、定位控制阀初始设置为全闭状态，控制器每间隔一定时间便对车身响应加速度时域信号进行傅里叶变换，计算垂向振动能量最大的激励频率，由控制器向定位控制阀输出控制信号，实时控制调节空气弹簧与附加气室之间节流孔开度，从而改变悬架的刚度，达到避开激励频率的目的；
(2)、节流孔调节到一定开度时，带附加气室的空气弹簧也具有一定的阻尼作用，可满足车辆较好工况下对阻尼的需求，而在较差工况下，仍需要磁流变减振器来衰减振动；
(3)、利用磁流变液在不同励磁电流下的流变效应来改变磁流变减振器的阻尼大小，磁流变减振器中励磁线圈输入电流的大小由控制器实时控制，实现阻尼力连续调节，其结构简单，能耗低。
本发明所达到的有益效果：采用刚度和阻尼联合调节的方法达到减振目的，首先利用定位控制阀调节空气弹簧和附加气室之间节流口开度，避开了共振频率，这样系统不会发生共振。然后，根据不同工况对阻尼的需要，通过控制器实时控制磁流变减振器输入电流，为系统提供不同大小的阻尼，进一步衰减振动。该减振系统不需要机电控制阀，简化了系统结构。相对于传统减振系统，本发明可实现刚度和阻尼的联合调节，适应复杂多变的行驶工况，提高减振性能。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为一定簧载质量下，节流孔开度与空气弹簧刚度的对应关系。
图3为一定簧载质量下，节流孔开度与空气弹簧阻尼的对应关系。
图4为一定簧载质量下，悬架系统阻尼比在刚度和阻尼调节区间内的分布图。
图1中：1-悬架底板；2-磁流变减振器下支架；3-磁流变减振器；4-附加气室；5悬架上连接板；6-磁流变减振器上支架；7导线；8-控制器；9信号线；10-定位控制阀；11-空气弹簧；12-空气弹簧上支架；13高度控制阀；14-控制杆；15-空气弹簧下支架；16-供气系统。
具体实施方式
参见图1，本发明的减振系统以带附加气室(4)的空气弹簧(11)为弹性元件，以磁流变减振器(3)为阻尼元件，空气弹簧(11)与磁流变减振器(3)并联设置在悬架上连接板(5)和悬架底板(1)之间，空气弹簧上支架(12)与悬架上连接板(5)固定连接，空气弹簧下支架(15)与悬架底板(1)连接，磁流变减振器上支架(6)与悬架上连接板(5)铰接，磁流变减振器下支架(2)与悬架底板(1)铰接。空气弹簧(11)经定位控制阀(10)与附加气室(4)相连，空气弹簧(11)经高度控制阀(13)与供气系统(16)连接；高度控制阀(13)由控制杆(14)控制；控制杆(14)一端与高度控制阀(13)连接，另一端与悬架底板(1)铰接，不同承载工况下，空气弹簧(11)的初始工作位置由高度控制阀(13)控制调整，当空气弹簧(11)处于压缩或拉伸状态时，高度控制阀(13)在控制杆(14)作用下开启其内的充气阀或排气阀，供气系统(16)向空气弹簧(11)充气或排气，当空气弹簧(1)恢复到其平衡位置，阀门关闭，这样可确保空气弹簧(11)的工作行程在其平衡位置附近，充分利用其刚度特性，并保证其工作稳定性。
本发明的减振方法为：
参见图2，定位控制阀(10)初始设置为全闭状态，控制器(8)每间隔一定时间便对车身响应加速度时域信号进行傅里叶变换，计算垂向振动能量最大的激励频率，根据图2所示空气弹簧(11)的刚度与节流孔开度的对应关系，由控制器(8)向定位控制阀(10)输出控制信号，实时控制调节空气弹簧(11)与附加气室(4)之间节流孔开度，从而改变悬架的刚度，达到避开激励频率的目的。
参见图3，当节流孔调节到一定开度时，带附加气室(4)的空气弹簧(11)也具有一定的阻尼作用，空气弹簧(11)产生的阻尼可满足车辆较好工况下对阻尼的需求，而在较差工况下，仍需要磁流变减振器(3)来衰减振动；
参见图4，某种工况下确定了节流孔开度，然后设定适当的阻尼比，从而合理匹配磁流变减振器(3)的阻尼，使阻尼比满足要求。磁流变减振器(3)的阻尼大小由励磁线圈输入电流来调节，线圈输入电流的大小由控制器实时控制，实现阻尼力连续调节。本发明结构简单，能耗低，结合一定的控制策略，实时调整磁流变减振器(3)励磁线圈的输入电流以及空气弹簧(11)与附加气室(4)之间节流孔开度，实现了刚度和阻尼的联合调节，减振效果更佳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种刚度和阻尼联合调节的减振系统，其特征在于：
以带附加气室(4)的空气弹簧(11)为弹性元件，以磁流变减振器(3)为阻尼元件，建立刚度和阻尼连续可调的半主动悬架系统，空气弹簧上支架(12)与悬架上连接板(5)固定连接，空气弹簧下支架(15)与悬架底板(1)连接；空气弹簧(11)经高度控制阀(13)与供气系统(16)连接，高度控制阀(13)由控制杆(14)控制，控制杆(14)一端与高度控制阀(13)连接，另一端与悬架底板(1)铰接；空气弹簧(11)经定位控制阀(10)与附加气室(4)相连；定位控制阀(10)的信号线(9)与控制器(8)的一个输出端口相接；磁流变减振器(3)与空气弹簧(11)并联；磁流变减振器上支架(6)与悬架上连接板(5)铰接，磁流变减振器下支架(2)与悬架底板(1)铰接；磁流变减振器(3)中励磁线圈引出的导线(7)与控制器(8)的另一输出端口相接；
上述空气弹簧(11)的初始安装位置由高度控制阀(13)控制调整，当空气弹簧(11)处于压缩或拉伸状态时，高度控制阀(13)在控制杆(14)作用下开启其内的充气阀或排气阀，供气系统(16)向空气弹簧(11)充气或排气，当空气弹簧(11)恢复到其平衡位置，阀门关闭。
2.一种刚度和阻尼联合调节的减振方法，其特性在于包括以下步骤：
(1)、定位控制阀(10)初始设置为全闭状态，控制器(8)每间隔一定时间便对车身响应加速度时域信号进行傅里叶变换，计算垂向振动能量最大的激励频率，由控制器(8)向定位控制阀(10)输出控制信号，实时控制调节空气弹簧(11)与附加气室(4)之间节流孔开度，从而改变悬架的刚度，达到避开激励频率的目的；
(2)、节流孔调节到一定开度时，带附加气室(4)的空气弹簧(11)也具有一定的阻尼作用，可满足车辆较好工况下对阻尼的需求，而在较差工况下，仍需要磁流变减振器(3)来衰减振动；
(3)、利用磁流变液在不同励磁电流下的流变效应来改变磁流变减振器(3)的阻尼大小，磁流变减振器(3)中励磁线圈输入电流的大小由控制器(8)实时控制，实现阻尼力连续调节，其结构简单，能耗低。
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