外文翻译 - 能量回收乘坐舒适性和道路操纵的再生车辆悬架系统.doc

1、 机电工程学院毕业设计外文资料翻译设计题目: ZQ1030型皮卡车驱动桥、后悬架设计 译文题目: 能量回收，乘坐舒适性和道路操纵的 再生车辆悬架系统 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 正文：外文资料译文 附 件：外文资料原文 指导教师评语： 签名： 20XX年 03 月 10 日正文：外文资料译文文献出处：振动与声学期刊 2013年2月 135卷能量回收，乘坐舒适性和道路操纵的再生车辆悬架系统雷佐 张培生纽约州立大学石溪分校 机械工程学系摘要：本文提出一种用于在汽车悬架系统和能量收获之间的权衡,乘坐舒适,和道路操控与分析、仿真和实验综合评价的能力。在ISO标准中不规则建模为平稳随机

2、过程与路面不平度的激励。系统H2范数的概念用于获得平均发电值和车身加速度的均方根值(积质量)和动态tire-ground接触力(路处理)。四分之一汽车模型,是对一个平均功率的解析。大众汽车在路面不平度、车辆速度、悬架刚度、阻尼减震器、轮胎刚度等方面进行了研究。实验分析的结果表明,路面不平度、轮胎刚度和车辆行驶速度都有很大的影响,在悬架刚度和减震器阻尼对汽车质量不敏感。在平均速度60英里每小时的公路上，100 - 400 w平均功率，该装置可用在中型车上。关键词：减震器；乘坐舒适性；悬架刚度1介绍 当车辆行驶在路上,司机总是受到从道路违规行为,激发制动力量,加速度力量和惯性力曲线的影响,导致司机

3、不适和影响驾驶。粘性激波吸收器,在悬架弹簧应用的同时,广泛用来减少振动造成的热量浪费。为了达到更好的乘坐质量和道路处理,主动悬挂已被许多研究人员研究1。然而,它需要大量的能量,这限制了它广泛应用的实现。因此,再生悬架提出,在获取悬架振动能量同时减少振动2,3。 对振动的可行性能量收集车辆悬架方面的最初理论研究，在二十年以前就已经开始了。Karnopp4,5检查可能性汽车机械阻尼器的磁马达消散能源的使用永久性时使用可变电阻。陆席格6分析了高速公路的路面粗糙度对车辆的阻力和悬架阻尼运动的影响,他们表示乘用车以30英里每小时的速度行驶时，近似200 w的功率由阻尼器消散。7在高速公路驾驶条件下，电气

4、主动制导悬架系统LQG控制和估计400 w的能量,可采用5%的推进力量保持每小时60英里。Abouelnour和Hammad8的观点将电机能源中断,及其仿真基于1/4车辆模型预测,150 w的能量消散通过减震器可以被转化为56英里每小时的电能。戈德纳等人9在车辆和能量回收做了一些初步的研究，声称对于一个2500磅的车辆平均45英里/小时的速度20 - 70%(7500 W)的推进力量在一个典型的高速公路山川等条件下可恢复能量。10滚珠丝杠类型电磁建模应用于汽车主动悬架阻尼器,他们实验表明行驶速度为50英里/小时的C类车辆从一个冲击吸收器能量回收15.3 w,主要来自振动超过2赫兹时收集的。Zh

5、ang et al11测试了一个真正的汽车利用再生滚珠丝杆和三相电动机在随机激励下振动试验,获得11.7W下的随机激励或46W四个减震器。 虽然最初已经完成再生车辆关于悬挂潜在力量的工作,仍存在不清楚的问题:(1)什么是收获的潜力?文献4的数量在一个非常大的不同范围,从46 w到7500 w；(2)道路的粗糙度和行车速度是什么关系；(3)敏感收获的能力随车辆参数变化吗；(4),如果我们从悬架系统提取更多的能量，那么乘坐质量(振动强度)和道路处理(tire-ground接触力)是否会更好?这些悬而未决的问题对理解再生悬架和再生减震器的设计具有非常重要的引导作用。本文通过创建一个road-vehi

6、cle-suspension系统数学模型解决上述问题，它在同一时间系统地分析了车辆动力学、乘坐舒适,道路处理和潜在的能力。2车辆和道路动力学建模 本节将讨论机动车动力学的建模和性能指标包括能源、乘坐舒适和道路装卸。 2.1四分之一汽车模型 车辆在道路上行驶时，车轮遵循路面的不规则性，这成为车辆垂直振动的主激励光源。图1（左）显示了四分之一的汽车模型，该建模为两个自由度，悬架的刚度k2和阻尼系数C2，轮胎刚度K1，车轮质量m1，以及车体质量平方米。轮胎刚度通常是很小的，动态方程可以写为电磁脉冲阻尼器（C2）轮胎刚度（K2)电池电磁式振动能量采集器（C2）轮胎（M1）轮胎（M1）轮胎刚度（K1）弹

7、簧刚度（K2）弹簧刚度（K2）簧载质量（M2）簧载质量（M2）图1 1/4车辆模型和粘滞阻尼器(左)和1/4车辆模型与电磁收集器(右) 图1（右）示出了具有进行粘性油阻尼器被替换的电磁换能器的再生悬浮四分之一的汽车模型。可以看出，该电磁减震器将是一种理想的粘滞阻尼器，外部电阻负载（R）和可忽略的线圈电感（L）12。 ke和kt back EMF分别为电压和力量换能器的常数,并且M是运动传递的运动放大器阳离子。在再生悬架系统中，振动能量可以被转换成电能，并在能够在同一时间提供所需的阻尼C2。电力存储在电池中，使用功率调节电力电子技术，其可以进一步用于自供电的有源或半主动振动控制。 2.2路面不平

8、度 不规则的道路是随机的,在较宽的范围内变化。道路粗糙度通常表示为2/（周期/ M），给定的位移功率谱密度（PSD）的一个平稳高斯随机过程13-15:在v/m的空间频率周期,v0参考空间频率位移PSD在 vb0是路面不平度系数和指数b通常近似为- 2。在众多的测量中,国际标准组织(ISO)建议道路分类方案基于S0的价值,表1所示(13 - 15)。表1平方米的路面不平度S0程度/(周期/ m)参考空间频率v0 51 = 2 p / m ISO提出的循环。路面不平度系数Gr 5 s0 = v20。差非常差一般非常好好S0意思S0范围，道路分级 现在道路位移输入的干扰可以被视为通过一阶滤波器的白噪

9、声输入。当一辆车驱动速度V和激发频率空间激发频率w=2v组成和有关的功率谱密度 和道路激励的时间频率可以获得 添加一个小的截止频率x0极限位移在有限的光谱频率。因此,该位移扰动x0车辆轮胎可以表示由通过一阶过滤器unit-intensity白噪声信号w(t) 因为X0是非常小的，公式（5）也表明该地面速度输入X0是一个白噪声的2p GRV，它正比于路面粗糙度系数Gr和车辆行驶速度V。 2.3运行舒适感 人乘坐的舒适性是人类的主观感知。研究已经表明，人类的感知很大程度上取决于加速度电平，频率，方向和位置。ISO2631标准16特定ES通过加权均方根（RMS）与人振动灵敏度曲线加速度的曝光对人类振

10、动影响到的评价方法。这种垂直振动低阶滤波器由 Zuo 和Nayfeh17设计的。轮胎，地面接触力速度位移加速度车辆模型道路模型白噪声图2块关系图视图的机动车动态 在本季度车型，座椅动态不考虑。因此，乘坐舒适性将作为车体（代替人体）由ISO2631滤波器加权的加速度的RMS值来评价。 2.4道路处理和安全 在严重的振动下,车轮没有足够与地面接触力甚至失去了联系,这将导致车辆在指导、推进或制动时失去控制。因此,道路处理也被认为是一个重要的性能指标。这取决于轮胎和地面之间的动态和静态接触力。驾驶汽车时,总接触力组成的静态和动态负载，在高动力的车辆不可能被安全地处理，当动态和静态接触力的比值等于或大于

11、1车轮将失去地面接触。因此,道路处理指数被定义为动态加载静态加载的比率。 由于路面不平度随机的,评估处理用一个统计量,即均方根值轮胎和地面之间的动态/静态力。 2.5电力收获 可用的最大能量收获量是由粘性阻尼耗散c2测查或提取。即阻尼力成正比的悬浮速度,即时是力量力乘以悬浮速度。因此,即时功耗 减震器的平均功率与悬挂的均方根(RMS)速度成正比。收获的能量将产生一个悬架阻尼系数大于所需的值。 2.6性能系统H2规范图2示出包括路线动力学，车辆动力学和性能指标的框图。并且可以得到整个系统的状态空间描述。注意，该系统输入是单位白噪声。线性系统理论，H2范数是根据白噪声输入的输出与单元强度18的RM

12、S值。因此，我们可以用H2范数的概念来获取车身的加权RMS加速度（平顺性），轮胎与地面（路面处理）之间的动态/静态力的RMS值。车辆速度mph悬架位移mm图3位移分析在车辆速度:好路(虚线)和平均路(固体) H是传递函数从单位白噪声输入输出性能。在状态空间实现,H2范数有效地计算求解一个线性方程。悬浮速度和动态轮胎力的传递函数仅仅是一个二阶方程,它们的RMS值可以通过分析使用残余物的方法，这将在3.1节中详细进行评估。3分析和仿真结果 在本节中,将进行典型的客车参数的分析。季度汽车的名义参数是改编自文献13:轮质量m1=40公斤、车辆身体质量m2=362.7公斤,轮胎刚度k1=182087 N

13、 / m、悬架刚度k2=20053N/m、和悬架阻尼系数c2=1388N/m。因为大多数的美国高速公路的道路类别分为平均和良好,这些研究的道路粗糙度系数的有效Gr值为64107和16107，分别根据ISO C类和B类道路。 3.1悬架位移、速度和力量。 图3和图4显示在0100英里每小时车速范围内悬挂的位移和速度的均方根值。当车辆行驶在良好（B级）和一般（C类）3070mph道路上时RMS的悬浮速度是0.10.15和0.20.3m/sec。 图5显示出在不同车辆速度的可收获功率。我们看到100 - 400 w的力量消散,或可能收获,通过在60英里每小时行驶中等大小乘用车上良好和平均道路的四个减

14、震器。应该注意的是,一个典型的汽车的汽车交流发电机500-600W是由曲轴驱动的50-60的效率。此外,正在参考文献19指出，平均功率390 w的电力相当于增加4%的燃油效率。车辆速度mph悬浮速度m/s图4对车辆速度速度分析:好(虚线)和平均路(固体) 由于式中的x0 Eq极小，小到可以忽略速度激励可以被建模为强度的2pGRV的白噪声（公式（6），可以通过分析获得汽车的平均功率，从地面向悬浮架传输速度可以写成因此可以使用残留定理或RMS集成公式20,从方程式(8)和(10),得到在悬浮液中的平均功率， 因此,一个重要的观察是,由于路面不平度的影响，悬浮架与粗糙度系数Gr、车辆运行速度V和轮胎刚度k1成正比，与悬架刚度，阻尼,弹簧或非簧载质量无关。这个结论是基于这样的假设，由于路面的道路速度是白噪声，其强度正比于粗糙度系数Gr和车辆行驶速度v。由于白噪声频谱的平整度，高的车辆行驶速度将在所有频率均匀增加激励，导致平均功率独立的机械低通滤波器效应。 3.2运行舒适感和道路处理。 正如前面提到的,坐舒适性由人类振动灵敏度曲线加权车体加速度的RMS值测定。结果图6所示，它表明车辆速度越高,垂直加权加速度