[发明专利]基于机械记忆元件的理想天棚系统及其半主动悬架系统

说明书

本发明涉及一种基于机械记忆元件的理想天棚系统及其半主动悬架系统，理想天棚系统分别包括理想天棚忆惯容系统、理想天棚忆阻尼系统及理想天棚忆弹簧系统；天棚半主动悬架系统，分别包括天棚忆惯容半主动悬架系统、天棚忆阻尼半主动悬架系统及天棚忆弹簧半主动悬架系统；本发明以连续可调惯容装置、连续可调阻尼装置和连续可调刚度装置分别实现天棚忆惯容、天棚忆阻尼和天棚忆弹簧系统。记忆元件系数(忆惯容系数、忆阻尼系数和忆弹簧刚度)随簧载质量运动状况的改变而动态变化，其变化规律可以等效为一种D^mx相关的半主动控制策略，因此天棚记忆元件半主动悬架系统的控制效果相当于一种可调系数天棚半主动悬架系统，提高载荷及路况适应性。

技术领域

本发明涉及一种基于机械记忆元件的理想天棚系统及其半主动悬架系统，属于车辆悬架振动控制技术领域。

技术背景

记忆元件首先是在电学中被提出并得以发展，而根据机电相似理论，在机械元件中同样存在着记忆元件，判断一个元件为记忆元件的标准是：仅在元件的某一平面内存在单值代数关系(即元件的本构关系)，而其余平面内的变量之间则是动态对应的关系，且变量间的关系曲线为“扭曲的滞回环”。在论文“The missing mem-inerter and extendedmem-dashpot found”中有对机械记忆元件进行详细的描述，同时指明了记忆元件的力学特性是由本构关系所决定的，而对本构关系在时域求导得到的关系式(滞回环平面)则可以正确的描述记忆元件的惯质、阻尼或刚度特性。图1的立体三角周期图也是对上述论文中的机械记忆元件三角周期表更为详细的扩展。

半主动悬架性能优于被动悬架，成本比主动悬架低得多，是悬架系统发展的主要方向。天棚阻尼控制是提出较早的一种半主动悬架控制方法，其算法简单可靠，且能够有效提升车辆的行驶平顺性。然而，天棚阻尼控制没有从根本上解决车辆悬架空、满载偏频随载荷变化这一问题，无法使车辆在空、满载时都具有较好的行驶平顺性。天棚惯容作为近些年新提出的一种半主动悬架控制方法，它是设想将惯容器装在惯性参考系与簧载质量之间，它会产生一个与簧载质量加速度方向相反的惯性力，力的大小等于天棚惯容系数与簧载质量加速度的乘积。但由于天棚惯容只能模拟满载质量，因此天棚惯容系数无法根据车身运动状况被实时调节，无法有效适应车身运动状况。

天棚记忆元件的思想是设想将记忆元件(忆惯容、忆阻尼、忆弹簧)安装在惯性参考系与簧载质量之间，它会产生一个与簧载质量运动状况方向相反的惯性力、阻尼或弹性力，从而抑制簧载质量的振动。由于记忆元件系数(忆惯容系数、忆阻尼系数和忆弹簧刚度)随簧载质量运动状况的改变而动态变化，其变化规律可以等效为一种D^mx相关的半主动控制策略，因此天棚记忆元件半主动悬架系统的控制效果相当于一种可调系数天棚半主动悬架系统，即以半主动悬架方式实现半主动天棚结构，从而提高载荷及路况适应性。

由于记忆元件必须由本构关系进行定义，因此不能在力的平面将记忆元件与半主动执行装置进行等效从而获得控制策略，必须在能正确描述记忆元件惯质、阻尼、刚度特性的平面即滞回环平面将记忆元件与半主动执行装置进行等效以获得控制策略。

发明内容

针对现有天棚控制策略中存在的问题与不足，本发明提供了一种基于机械记忆元件的理想天棚系统及其半主动悬架系统。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种基于机械记忆元件的理想天棚系统，分别包括理想天棚忆惯容系统、理想天棚忆阻尼系统及理想天棚忆弹簧系统；所述理想天棚忆惯容系统包括D^mx控制忆惯容器、簧载质量、弹簧、减振器、非簧载质量、轮胎等效弹簧；所述的忆惯容器安装在惯性参考系与簧载质量之间；弹簧和减振器设置在簧载质量与非簧载质量之间；所述理想天棚忆阻尼系统包括D^mx控制忆阻尼器、簧载质量、弹簧、非簧载质量、轮胎等效弹簧；所述的忆阻尼器安装在惯性参考系与簧载质量之间；弹簧设置在簧载质量与非簧载质量之间；所述理想天棚忆弹簧系统，包括D^mx控制忆弹簧、簧载质量、减振器、非簧载质量、轮胎等效弹簧；所述忆弹簧安装在惯性参考系与簧载质量之间；减振器设置在簧载质量与非簧载质量之间。