三种措施抑制车身高频振动的悬架结构及其参数设计方法与流程

1.本发明属于汽车技术领域，涉及汽车悬架，具体是采用隔振、反共振减振及车轮动力吸振三种措施来抑制车身高频振动的悬架结构。


背景技术：

2.悬架是汽车重要的结构与功能部件，主要当汽车在坏路上行驶时对车轮传递到车身的高频振动进行衰减，使乘员获得良好的乘坐舒适性。传统被动悬架仅具有弹性元件和阻尼元件，通过弹性元件对车轮传递到车身的高频振动隔振，进而达到对车身高频振动进行衰减的效果，但要兼顾汽车高速行驶的行驶安全性，悬架系统阻尼不能太小，且抑振措施单一，因此传统被动悬架的车身高频振动抑振效果较差。中国专利申请号为202310527973.x、名称为“刚度阻尼惯容自治可控悬架及其参数设计和工作方法”的文献中提供的悬架，在智能开关自治控制模式下，智能开关根据路面激振频率的不同，使汽车在良好路面上行驶时控制悬架系统输出较大刚度、较大阻尼以及较大惯容，使汽车获得较好的操纵稳定性和侧翻稳定性在内的行驶安全性，而当汽车在坏路面上行驶时控制悬架系统输出较小刚度、较小阻尼及较小惯容，使悬架对车轮传递到车身的高频振动隔振和反共振减振两种措施进行衰减，这种悬架与仅采用隔振措施的悬架相比，可以获得小幅降低车身加速度对路面输入的幅频特性峰值，但大幅缩小峰值频带宽度对车身高频振动抑制效果，因此，仍未能完全削平高频振动频带(即位于车轮振动固有频率的倍范围的频带)内的车身加速度对路面输入幅频特性的幅值。
3.在传统被动悬架基础上，在车轮(或车轴)上增设由弹簧连接一吸振质量块组成车轮动力吸振器，从理论上可以起到吸收车轮的一部分振动能量，但吸振质量块质量远小于车轮质量，在传统悬架阻尼设置条件下，该车轮动力吸振器抑制了车身高频振动效果并不理想。例如，中国专利申请号为202211711163.1、名称为“动力吸振器、车身悬置单体结构及多重动力吸振器车身悬置”的文献中提供的动力吸振器，包括连接到车身的主要橡胶件和质量块，橡胶件设置于质量块的上端面上，质量块和橡胶件由下到上安装在车身上，以吸收消除车身的特定频率的共振，而不是对车身的整个高频振动频带减振，即使将其安装在车轮上，并与只具有弹性特性和阻尼特性的传统被动悬架配合使用，在最优阻尼和此动力吸振器参数组合条件下，与仅采用隔振措施相比，可以获得明显降低车身加速度对路面输入的幅频特性峰值(即车轮振动固有频率处共振峰值)，但并不能获得到对整个车身高频振动频带内的车身高频振动抑制效果，也不能够完全削平高频振动频带(即位于车轮振动固有频率的倍范围的频带)内的车身加速度对路面输入幅频特性的幅值。


技术实现要素：

4.鉴于上述传统被动悬架存在的不能完全削平车身高频振动峰值、不能获得更好的
车身高频抑振效果的问题，基于中国专利申请号为202310527973.x、名称为“刚度阻尼惯容自治可控悬架及其参数设计和工作方法”的方案，本发明提供一种采用隔振、反共振减振以及车轮动力吸振这三种措施抑制车身高频振动的悬架结构，本发明同时提供该悬架结构的关键参数设计方法，以获得最优的车身高频振动抑制效果。
5.为实现上述目的，本发明三种措施抑制车身高频振动的悬架结构采用的技术方案是：其包括油缸，油缸的缸体上端通过上联结装置与车身固定相连，油缸通过油管依次连接惯容管、可调节流阀、智能开关、第二电磁阀以及第二油气室，第一电磁阀与第一油气室相串联后并联在串联的可调节流阀智能开关的两端，智能开关通过信号线连接至悬架域控制器，悬架域控制器通过控制线分别连接常闭的第一、第二电磁阀，油缸内部密封且滑动连接柱塞杆，柱塞杆的下端向下伸出到油缸外且依次通过第三联结装置以及下联结装置固定连接车轮，第三联结装置还固定连接由质量块和弹性元件组成的车轮高频动力吸振器，弹性元件的下端固定连接第三联结装置，弹性元件的上端固定连接质量块的下端。
6.进一步地，所述的弹性元件是同轴橡胶弹簧，所述的质量块是同轴质量块，同轴橡胶弹簧和同轴质量块均有间隙地套在油缸和柱塞杆外部，同轴橡胶弹簧的下端固定连接在第三联结装置上，上端固定连接同轴质量块，同轴橡胶弹簧、同轴质量块在悬架工作时，与油缸和车身不接触，同轴橡胶弹簧提供车轮高频动力吸振器工作所需的刚度和阻尼。
7.进一步地，所述的弹性元件是异轴橡胶弹簧，所述的质量块是异轴质量块，异轴橡胶弹簧的下端固定连接在第三联结装置上，上端固定连接异轴质量块，异轴质量块和异轴橡胶弹簧的中心轴共线，与油缸、柱塞杆的中心轴平行不共线，当悬架工作时，异轴橡胶弹簧和异轴质量块与油缸和车身均不接触，异轴橡胶弹簧提供车轮高频动力吸振器工作所需的刚度和阻尼。
8.进一步地，所述的弹性元件由螺旋弹簧，所述的质量块是异轴质量块，螺旋弹簧同轴心套在减振器外部，螺旋弹簧和减振器的下端固定连接在第三联结装置上、上端固定连接异轴质量块，螺旋弹簧、减振器和异轴质量块三者的中心轴共线，但与油缸、柱塞杆的中心轴平行不共线，当悬架工作时，与油缸和车身不接触。
9.所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架结构的参数设计方法采用的技术方案是：
10.步骤1)：根据车轮质量m1计算出车轮高频动力吸振器质量md，根据车身质量m2和舒适模式下的车身振动固有频率f
2c
计算出舒适模式下的悬架最小刚度k
2c
；
11.步骤2)：根据车身质量m2和悬架最小刚度k
2c
确定惯容管阻尼c
2c
的取值范围，根据车轮高频动力吸振器的质量md确定惯容管惯容me的取值范围，根据车轮垂直等效刚度k1、悬架最小刚度k
2c
、车轮高频动力吸振器质量md、车轮质量m1确定车轮高频动力吸振器的刚度kd的取值范围，根据车身质量m2和悬架最小刚度k
2c
确定车轮高频动力吸振器阻尼cd的取值范围；
12.步骤3)根据车轮高频动力吸振器质量md、悬架最小刚度k
2c
、惯容管阻尼c
2c
、惯容管惯容me、车轮高频动力吸振器刚度kd以及轮动力吸振器阻尼cd构建正则化刚度矩阵k和正则化阻尼矩阵c，再构建描述悬架系统垂直运动的状态方程的结构矩阵a和描述悬架系统垂直状态变量速度的复矩阵f，最后得到优化目标函数；
13.步骤4)：以所述的优化目标函数的最小优化惯容管阻尼c
2c
、惯容管惯容me、车轮高
频动力吸振器刚度kd以及轮动力吸振器阻尼cd，获得最优参数。
14.进一步地，优化目标函数g
q0
是路面不平度系数，u是汽车行驶速度，f是描述悬架系统垂直状态变量速度的复矩阵，f
2c
是车身振动固有频率，n0是参考空间频率。
15.本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：
16.1、本发明悬架由已有刚度阻尼惯容自治可控悬架与车轮高频动力吸振器共同组成，在汽车乘坐舒适模式下，本发明悬架与中国专利申请号为202310527973.x、名称为“刚度阻尼惯容自治可控悬架及其参数设计和工作方法”文献中的悬架相比，优点为：本发明悬架在车轮上增设车轮高频动力吸振器，而并非如中国专利申请号为202211711163.1、名称为“动力吸振器、车身悬置单体结构及多重动力吸振器车身悬置”文献中的结构那样将动力吸振器固定在车身上，仅能吸收消除车身的特定频率的共振。因此，当汽车在坏路面上行驶时，本发明悬架控制系统输出较小刚度、较小阻尼及较小惯容，在车轮高频动力吸振器对车轮高频振动进行吸振的基础上，将车轮传递到车身的高频抑振措施由原隔振、反共振减振两种措施扩展到相协调工作的车轮动力吸振、隔振、反共振减振三种措施，从而完全削平车身的高频振动峰值，对车身高频振动进行有效抑制，使汽车获得良好的坏路乘坐舒适性。
17.2、本发明通过对悬架关键参数的设计，使吸振、隔振、反共振减振三种措施协调配合，除提升隔振性能外，使车轮动力吸振措施的车身高频振动削峰优势与反共振减振措施的缩小车身高频振动频带带宽优势有机结合，完全削平位于车轮振动固有频率的范围的高频振动频带车身振动，获得到最优的车身高频振动抑制效果。
附图说明
18.图1是本发明所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架的结构示意图；
19.图2是图1中车轮高频动力吸振器的第一种结构示意图；
20.图3是图1中车轮高频动力吸振器的第二种结构示意图；
21.图4是图1中车轮高频动力吸振器的第三种结构示意图；
22.图5是图1所示悬架的车身振动减振效果图。
23.图中：1.车身；2.油缸；3.柱塞杆；4.下联结装置；5.车轮；6.可调节流阀；7.智能开关；8.第二电磁阀；9.第二油气室；10.第一油气室；11.悬架域控制器；12.第一电磁阀；13.惯容管；14.上联结装置；15.第三联结装置；16.车轮高频动力吸振器；17.同轴橡胶弹簧；18.同轴质量块；19.异轴橡胶弹簧；20.异轴质量块；21.螺旋弹簧；22.减振器。
具体实施方式
24.参见图1，本发明所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架，由中国专利申请号为202310527973.x、名称为“刚度阻尼惯容自治可控悬架及其参数设计和工作方法”的文献中提供的刚度阻尼惯容自治可控悬架与车轮高频动力吸振器16组成，所述的刚度阻尼惯容自治可控悬架包括油缸2，油缸2的缸体上端通过上联结装置14与车身1固定相连，油缸2内部
密封且滑动连接柱塞杆3，柱塞杆3上端向上伸入到油缸2之内，柱塞杆3的下端向下伸出到油缸2外，且依次通过第三联结装置15以及下联结装置4固定连接车轮5，如此通过上联结装置14以及下联结装置4将油缸2及柱塞杆3由上至下安装在车身1与车轮5之间。油缸2腔体内除柱塞杆3外装有油液，油缸2通过油管依次连接惯容管13、可调节流阀6、智能开关7、第二电磁阀8以及第二油气室9，第一电磁阀12与第一油气室10相串联后，并联在串联的可调节流阀6和智能开关7的两端。第一电磁阀12与第二电磁阀8为常闭的电磁阀。智能开关7通过信号线连接至悬架域控制器11，悬架域控制器11通过信号线连接汽车自带的上层底盘系统控制器。悬架域控制器11通过控制线分别连接常闭的第一电磁阀12与第二电磁阀8。智能开关7采用的是中国发明专利申请号为202211360329.x、名称为“高度多级可调的智能自供能主动悬架及其工作方法”中所述的智能开关。
25.第三联结装置15上还固定连接有带阻尼的车轮高频动力吸振器16，该车轮高频动力吸振器16与第三联结装置15、下联结装置4、车轮5依次固定连接。车轮高频动力吸振器16由质量块和弹性元件组成，弹性元件的下端固定连接第三联结装置15，弹性元件的上端固定连接质量块的下端质量块的上端与车身1不接触不连接。
26.车轮高频动力吸振器16中的弹性元件可以是橡胶弹簧或者螺旋弹簧，可以与油缸2、柱塞杆3具有相同的轴心或者异轴心平行布置。车轮高频动力吸振器16的三种结构如下：
27.参见图2所示的车轮高频动力吸振器16的第一种结构，由均为中空结构的同轴橡胶弹簧17和同轴质量块18组成，同轴橡胶弹簧17和同轴质量块18均有间隙地套在油缸2和柱塞杆3外部，同轴橡胶弹簧17的下端固定连接在第三联结装置15上，上端固定连接同轴质量块18，同轴橡胶弹簧17、同轴质量块18组成车轮高频动力吸振器16结构，当悬架工作时，不与油缸2和车身1接触，同轴橡胶弹簧17为车轮高频动力吸振器16提供刚度和阻尼。
28.参见图3所示的车轮高频动力吸振器16的第二种结构，由异轴橡胶弹簧19和异轴质量块20组成，异轴橡胶弹簧19的下端固定连接在第三联结装置15上，上端固定连接异轴质量块20，异轴质量块20和异轴橡胶弹簧19与油缸2、柱塞杆3的中心轴平行不共线。当悬架工作时，异轴橡胶弹簧19和异轴质量块20与油缸2和车身1均不接触，异轴橡胶弹簧19为车轮高频动力吸振器16提供刚度和阻尼。
29.参见图4所示的车轮高频动力吸振器16的第三种结构，由螺旋弹簧21、减振器22和另一个异轴质量块20组成，螺旋弹簧21和减振器22的下端固定连接在第三联结装置15上，螺旋弹簧21和减振器22的上端固定连接另一个异轴质量块20，螺旋弹簧21套在减振器22外部，螺旋弹簧21、减振器22和另一个异轴质量块20与油缸2、柱塞杆3的中心轴平行不共线。当悬架工作时，螺旋弹簧21、异轴质量块20不与油缸2和车身1接触，螺旋弹簧21与减振器22分别为车轮高频动力吸振器16提供刚度和阻尼。
30.本发明主要设计舒适模式下悬架的关键参数包括：悬架的最小刚度、惯容管13的惯容值、惯容管13的阻尼值、车轮高频动力吸振器16的质量、刚度以及阻尼等6个关键参数。以1/4车辆模型为例来描述本发明舒适模式下悬架关键参数的设计：
31.根据汽车设计开发流程，获取汽车悬架已知的初始参数：车身质量m2、车轮质量m1以及车轮垂直等效刚度k1、定义汽车行驶速度u、定义描述路面不平度参数为：路面不平度系数为g
q0
、参考空间频率n0＝0.1m-1
。
32.根据车轮质量m1计算出车轮高频动力吸振器16的质量md：
33.md＝n1m1，
34.n1是系数，根据汽车设计悬架安装空间的具体条件取值，一般取0.1～0.4。
35.根据车身质量m2和舒适模式下的车身振动固有频率f
2c
，通过下式计算出舒适模式下的悬架最小刚度k
2c
为：
36.k
2c
＝m2(2πf
2c
)2，
37.其中，舒适模式下的车身振动固有频率f
2c
是根据车身质量m2、车轮质量m1、车轮垂直等效刚度k1以及汽车乘坐舒适性改善要求来确定的，确定舒适模式下的车身振动固有频率f
2c
在1～1.2间取值。
38.根据车身质量m2和悬架最小刚度k
2c
确定惯容管13的阻尼c
2c
的取值范围为(0.01～0.4)
39.根据车轮高频动力吸振器16的质量md确定惯容管13的惯容me的取值范围为：(0.4～3)md。
40.根据车轮垂直等效刚度k1、悬架最小刚度k
2c
、车轮高频动力吸振器16的质量md、车轮质量m1确定车轮高频动力吸振器16的刚度kd的取值范围为：
41.根据车身质量m2和悬架最小刚度k
2c
确定车轮高频动力吸振器16的阻尼cd的取值范围为：
42.由此，在上述6个关键参数中，只有车轮高频动力吸振器16的质量md＝n1m1和悬架最小刚度k
2c
＝m2(2πf
2c
)2是根据分别悬架安装空间的具体限制与汽车乘坐舒适性改善要求设计，而惯容管13的阻尼c
2c
、惯容管13的惯容me、车轮高频动力吸振器16的刚度kd以及轮动力吸振器16的阻尼cd这4个关键参数是先确定取值范围，然后求车身加速度的方差最小优化确定。为了获得最优车身高频振动一针效果，对4个关键参数的范围值作进一步优化：首先根据这6个关键参数构建正则化刚度矩阵k和正则化阻尼矩阵c，以此构建描述悬架系统垂直运动的状态方程的结构矩阵a，进一步基于此描述悬架系统垂直运动的状态方程的结构矩阵a构建描述悬架系统垂直状态变量速度的复矩阵f，从而得到优化目标函数，最后求优化目标函数的最小值优化这4个关键参数。具体是：
43.根据所述的车轮质量m1、车身质量m2、惯容管13的惯容me、车轮高频动力吸振器16的质量md、车轮垂直等效刚度k1、悬架最小刚度k
2c
、车轮高频动力吸振器16的刚度kd构建正则化刚度矩阵k如下：
[0044][0045]
同时，根据所述的车轮质量m1、车身质量m2、惯容管13的惯容me、车轮高频动力吸振器16的质量md、车轮高频动力吸振器16的阻尼cd、惯容管13的阻尼c
2c
构建矩阵正则化阻尼矩阵c如下：
[0046]
[0047]
根据正则化刚度矩阵k及正则化阻尼矩阵c构建描述悬架系统垂直运动的状态方程的结构矩阵a：
[0048][0049]
式中：03×3为3
×
3的零矩阵。
[0050]
由悬架系统垂直运动的状态方程的结构矩阵a构建计算描述悬架系统垂直状态变量速度的复矩阵f；
[0051]
f＝(j2πfi6×
6-a)-1
(-i6×1)(j2πf)2，
[0052]
式中：j为虚数，等于i6×6、i6×1分别为6
×
6、6
×
1的单位矩阵，f为自然频率变量。
[0053]
按汽车在坏路上行驶的工况，确定汽车行驶速度u和路面不平度系数为g
q0
，此2个参数是优化初始条件，具体值基本不影响优化结果，坏路等级可选为d，g
q0
＝1024
×
10-6
m3，汽车行驶速度u可在40～60km/h间选择；如果坏路等级选为e，g
q0
＝4096
×
10-6
m3，汽车行驶速度u可在20～40km/h间选择。
[0054]
基于矩阵f以及汽车行驶速度u和路面不平度系数为g
q0
，按对功率谱密度在舒适模式下的车身振动固有频率的倍以上频带求积分，构建优化目标函数，即车身加速度的标准差
[0055][0056]
以求优化目标函数的最小值为目标，采用遗传算法来优化关键参数，获得最优的惯容管13的阻尼c
2c
、惯容管13的惯容me、车轮高频动力吸振器16的刚度kd、车轮高频动力吸振器16的阻尼cd这4个参数，从而完成舒适模式下6个关键参数的设计，根据关键参数设计的车轮高频动力吸振器16的振动固有频率位于车轮5振动固有频率的共振频带内，最终得到使悬架弹性隔振、悬架刚度及惯容的反共振减振、车轮高频动力吸振器吸振三种措施协调工作完全削平高频振动频带(即位于车轮振动固有频率的倍范围的频带)内的车身加速度对路面输入幅频特性的幅值。
[0057]
设计好的上述悬架工作时，当汽车在良好路面上高速行驶时，通过智能开关7自治控制或由悬架域控制器11接管控制，给悬架提供较大的刚度、阻尼以及惯容，使汽车获得较好的行驶安全性，车轮高频动力吸振器16随这车轮5一起运动。当汽车在坏路面上行驶时，由于车轮高频动力吸振器16振动固有频率位于车轮5振动固有频率的共振频带内，所以车轮高频动力吸振器16对车轮5的高频振动进行吸振，此时通过智能开关7自治控制，给悬架提供较小的刚度、阻尼以及惯容，即通过减小悬架刚度降低车身振动固有频率，提升悬架刚度对车身1高频振动的隔振效果、通过减小悬架阻尼保持刚度对车身1高频振动的隔振效果(阻尼增大会减弱刚度对车身1高频振动的隔振效果)、使悬架刚度以及惯容管13形成的反
共振频率位于车轮5振动固有频率的共振频带内，使悬架对车身1高频振动进行反共振减振，从而实现利用车轮动力吸振、隔振、反共振减振等三种措施完全削平车身1的高频振动峰值，进而使汽车获得良好的坏路乘坐舒适性。
[0058]
此外，在智能开关7外串联一个可调阻尼，在反共振减振结构中提供大阻尼，增大智能开关7内量孔的惯容对阻尼的比值，提升智能开关7对悬架振动频率的敏感性。具体是按以下步骤实现刚度、阻尼、惯容这三者的由智能开关7执行的自治控制及底盘控制系统接管控制：
[0059]
步骤a：当汽车在急剧加速、急剧减速或者是急剧转向时，汽车自带的底盘系统控制器向本发明中的悬架域控制器11输入控制信号a，此时，控制信号a的逻辑值为1，否则，向悬架域控制器11输入控制信号a的逻辑值为0。
[0060]
步骤b：当汽车行驶的路面激振频率大于设计的频率阈值时，路面不平度通过车轮5以及下联结装置4带动柱塞杆3相对油缸2产生与路面激振频率相同的运动，并使油缸2腔体内油液以与路面激振频率相同的流速在油缸2、惯容管13、可调节流阀6、智能开关7、第一油气室10这一油路上来回流动，该油液来回流动的加速度使智能开关7阀芯的内量孔上产生的惯容力推动触片，启动触发开关，输出触发信号，即智能开关7被触发，当智能开关7被触发时，向悬架域控制器11输入控制信号b，此时，控制信号b的逻辑值为1。
[0061]
当汽车行驶的路面激振频率小于或等于设计的频率阈值时，流经智能开关7的油液的加速度较小，该油液来回流动加速度使智能开关7阀芯的内量孔上产生的惯容力不能推动触片触发开关输出触发信号，即智能开关7未被触发，智能开关7未被触发时，向悬架域控制器11输入控制信号b，此时，控制信号b的逻辑值为0。
[0062]
步骤c：悬架域控制器11接收到底盘系统控制器输入的控制信号a与智能开关7输入的控制信号b，按控制规则(1-a)b同步控制常闭的第一电磁阀12和第二电磁阀8，有以下四种控制状态：
[0063]
状态1：当控制信号a、b的逻辑值均为1时，记为：a＝1，b＝1时，按控制规则(1-a)b，则悬架域控制器11的输出为0，维持常闭的第一电磁阀12和第二电磁阀8不开启。即：当汽车在急剧加速、急剧减速、急剧转向，并且路面激振频率大于设计的频率阈值时，第一电磁阀12和第二电磁阀8不开启。
[0064]
状态2：当控制信号a的逻辑值为1，控制信号b的逻辑值为0时，记为：a＝1，b＝0，按控制规则(1-a)b，则悬架域控制器11的输出为0，维持常闭第一电磁阀12和第二电磁阀8不开启。即，当汽车在急剧加速、急剧减速、急剧转向，并且路面激振频率小于或等于设计的频率阈值时，第一电磁阀12和第二电磁阀8不开启。
[0065]
状态3：当控制信号a的逻辑值为0，控制信号b的逻辑值为1时，记为：a＝0，b＝1，则悬架域控制器11的输出为1，控制常闭第一电磁阀12和第二电磁阀8开启。即，当汽车在没有急剧加速、没有急剧减速、没有急剧转向，并且路面激振频率大于设计的频率阈值时，第一电磁阀12和第二电磁阀8开启。
[0066]
状态4：当控制信号a的逻辑值为0，控制信号b的逻辑值为0时，记为：a＝0，b＝0，则悬架域控制器11的输出为0，控制常闭第一电磁阀12和第二电磁阀8不开启。即，当汽车在没有急剧加速、没有急剧减速、没有急剧转向，并且路面激振频率小于或等于设计的频率阈值时，第一电磁阀12和第二电磁阀8关闭。
[0067]
在所述的状态3情况时，当汽车在没有急剧加速、没有急剧减速、没有急剧转向操作时，底盘系统控制器向悬架域控制器11输入控制信号a的逻辑值为0，按照控制规则(1-a)b，悬架域控制器11输入第一电磁阀12和第二电磁阀8的控制量由智能开关7输出控制信号b。同时，在路面激振频率大于设计的频率阈值时，路面不平度通过车轮5及下联结装置4带动柱塞杆3相对油缸2产生与路面激振频率相同的运动，并使油缸2内油液以与路面激振频率相同的流速在油缸2经惯容管13、可调节流阀6、智能开关7到第一油气室10的油路来回流动，该油液来回流动加速度使智能开关7的内量孔上产生的惯容力，推动触片启动触发开关输出触发信号，即智能开关7被触发，智能开关7被触发时向悬架域控制器11输入控制信号b的逻辑值为1，此时，悬架域控制器11就向第一电磁阀12和第二电磁阀8输出控制量，开启第一电磁阀12和第二电磁阀8，此时，路面不平度通过车轮5及下联结装置4带动柱塞杆3相对油缸2产生与路面激振频率相同的运动，并使油缸2内的油液以与路面激振频率相同的流速由油缸2经惯容管13、第一电磁阀12后，一部分油液直接流入或流出第一油气室10，另一部分油液经第二电磁阀8后流入或流出第二油气室9，因此，由第一油气室10与第二油气室9并联工作提供较小刚度，由惯容管13单独提供较小阻尼，由惯容管13单独提供较小惯容，控制悬架系统输出较小刚度、较小阻尼以及较小惯容，即通过减小悬架刚度以降低车身振动固有频率来提升悬架刚度对车身高频振动的隔振效果、以减小悬架阻尼保持悬架刚度对车身高频振动的隔振效果、使悬架刚度以及惯容管形成反共振频率等于车轮振动固有频率，进而对对车身高频振动进行反共振减振，同时车轮高频动力吸振器16对车轮5的高频振动进行吸振，从而实现利用车轮动力吸振、隔振、反共振减振等三种措施完全削平车身1的高频振动峰值，使汽车获得较好的乘坐舒适性，此时，本发明无需传统的加速度传感器以及运算对应算法的控制器，仅由智能开关7来根据路面激振频率变化在悬架内部来控制悬架的刚度、阻尼和惯容，以此在悬架系统内部实现刚度、阻尼和惯容的自治控制。
[0068]
在所述的状态1、状态2以及状态4的情况时，第一电磁阀12和第二电磁阀8没有开启，路面不平度通过车轮5及下联结装置4带动柱塞杆3相对油缸2产生与路面激振频率相同的运动，并使油缸2的油液以与路面激振频率相同的流速在油缸2经惯容管13、可调节流阀6、智能开关7到第一油气室10来回流动，由第一油气室10单独提供较大刚度，由惯容管13、可调节流阀6以及智能开关7共同一起提供较大阻尼，由惯容管13以及智能开关7共同一起提供较大惯容，控制悬架系统输出较大刚度、较大阻尼以及较大惯容，使汽车获得较好的包括操纵稳定性以及侧翻稳定性在内的行驶安全性，此时，本发明无需传统的加速度传感器及运算对应算法的控制器，由智能开关7根据路面激振频率变化在悬架内部控制悬架的刚度、阻尼以及惯容，在悬架系统内部实现刚度、阻尼以及惯容的自治控制。
[0069]
在所述的状态1、状态2的情况时，汽车进行急剧加速、急剧减速、急剧转向操作时，底盘系统控制器向悬架域控制器11输入控制信号a的逻辑值为1，按照控制规则(1-a)b，无论智能开关7的输出控制信号b为何值，悬架域控制器11输入第一电磁阀12和第二电磁阀8的控制量为0，路面不平度通过车轮5及下联结装置4带动柱塞杆3相对油缸2产生与路面激振频率相同的运动，并使油缸2的油液以与路面激振频率相同的流速在油缸2经惯容管13、可调节流阀6、智能开关7到第一油气室10之间来回流动，由第一油气室10单独提供较大刚度，由惯容管13、可调节流阀6以及智能开关7一起提供较大阻尼，由惯容管13以及智能开关7一起提供较大惯容，即控制悬架系统输出较大刚度、较大阻尼以及较大惯容，实现底盘系
统控制器对悬架控制接管，使汽车获得良好的行驶安全性。
[0070]
举例如下：已知参数：车身质量m2＝400kg、车轮质量m1＝58.5kg、车轮垂直等效刚度k1＝300000n/m，根据汽车使用要求确定：舒适模式下的车身振动固有频率f
2c
＝1.1hz、车轮高频动力吸振器质量md＝7kg。行驶工况为以汽车车速u＝50km/h在d级路面上行驶，则g
q0
＝1024
×
10-6
m3，计算及优化其他参数得到的结果如下：舒适模式下的悬架最小刚度k
2c
＝19108n/m、惯容管惯容c2＝125.81n
·
s/m、惯容管惯容me＝4.5604kg、车轮高频动力吸振器刚度kd＝33000n/m、车轮高频动力吸振器刚度cd＝213n
·
s/m。
[0071]
按照上述参数取值，只有隔振措施、采取隔振及反共振减振两种措施、采取隔振及车轮动力吸振两种措施、采用三种措施的4种悬架的车身加速度对路面的幅频特性见图5所示。图5显示4种悬架对车身振动固有频率范围的车身振动减振效果是一致的，而在车轮振动固有频率范围内的车身高频振动减振效果具有明显差异，其中只采用隔振措施的车身加速度对路面输入的幅频特性峰值最高，采取隔振及反共振减振两种措施的车身加速度对路面输入的幅频特性峰值次之，但大幅度缩小车身加速度对路面输入的幅频特性的频带宽度，三种措施都采取的在高频振动频带(即位于车轮振动固有频率的的频带)内，将车身加速度对路面输入的幅频特性峰值完全被削平，虽然采取隔振及吸振两种措施车身加速度对路面输入的幅频特性峰值较采取隔振及反共振减振两种措施的低，但仍有未被完全削平的车身加速度对路面输入幅频特性的幅值存在，且频带明显较宽，鉴于车身加速度的方差等于其功率谱密度对频率求积分，故采取隔振及吸振两种措施与采取隔振及反共振减振两种措施的车身高频抑制效果基本相当，且明显逊于三种措施都采取完全削平高频振动频带内的车身加速度对路面输入幅频特性的幅值带来的目前为止最优的车身高频抑制效果。这就表明只有采用本发明提供的由带有刚度阻尼惯容均自治可调的油气弹簧与车轮高频动力吸振器组成的悬架系统，才具有隔振、反共振减振与车轮动力吸振这三种抑制车身高频振动的措施，并且本发明提供参数确定方法确定出来的悬架参数，除减小悬架刚度提升隔振功能之外，使反共振减振与车轮动力吸振这两种措施协调配合，将车轮动力吸振措施的车身高频振动削峰优势与反共振减振措施的缩小车身高频振动频带优势有机结合，才能完全削平高频振动频带内的车身加速度对路面输入幅频特性的幅值，获得到目前为止最优的车身高频振动抑制效果。

技术特征：
1.一种三种措施抑制车身高频振动的悬架结构，包括油缸，油缸的缸体上端通过上联结装置与车身固定相连，油缸通过油管依次连接惯容管、可调节流阀、智能开关、第二电磁阀以及第二油气室，第一电磁阀与第一油气室相串联后并联在串联的可调节流阀和智能开关的两端，智能开关通过信号线连接至悬架域控制器，悬架域控制器通过控制线分别连接常闭的第一、第二电磁阀，油缸内部密封且滑动连接柱塞杆，其特征是：柱塞杆的下端向下伸出到油缸外且依次通过第三联结装置(15)以及下联结装置(4)固定连接车轮，第三联结装置(15)上还固定连接由质量块和弹性元件组成的车轮高频动力吸振器(16)，弹性元件的下端固定连接第三联结装置(15)，弹性元件的上端固定连接质量块的下端。2.根据权利要求1所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架结构，其特征是：所述的弹性元件是同轴橡胶弹簧(17)，所述的质量块是同轴质量块(18)，同轴橡胶弹簧(17)和同轴质量块(18)均有间隙地套在油缸和柱塞杆外部，同轴橡胶弹簧(17)的下端固定连接在第三联结装置(15)上，上端固定连接同轴质量块(18)，同轴橡胶弹簧(17)、同轴质量块(18)在悬架工作时不与油缸和车身接触，同轴橡胶弹簧(17)提供车轮高频动力吸振器(16)工作所需的刚度和阻尼。3.根据权利要求1所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架结构，其特征是：所述的弹性元件是异轴橡胶弹簧(19)，所述的质量块是异轴质量块(20)，异轴橡胶弹簧(19)的下端固定连接在第三联结装置(15)上，上端固定连接异轴质量块(20)，异轴质量块(20)和异轴橡胶弹簧(19)与油缸、柱塞杆的中心轴平行不共线，当悬架工作时，异轴橡胶弹簧(19)和异轴质量块(20)与油缸和车身均不接触，异轴橡胶弹簧(19)提供车轮高频动力吸振器(16)工作所需的刚度和阻尼。4.根据权利要求1所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架结构，其特征是：所述的弹性元件由螺旋弹簧(21)，所述的质量块是异轴质量块(20)，螺旋弹簧(21)套在减振器(22)外部，螺旋弹簧(21)和减振器(22)的下端固定连接在第三联结装置(15)上、上端固定连接异轴质量块(20)，螺旋弹簧(21)、减振器(22)和异轴质量块(20)与油缸、柱塞杆的中心轴平行不共线，当悬架工作时，螺旋弹簧(21)和异轴质量块(20)不与油缸和车身接触。5.一种如权利要求1所述的三种措施抑制车身高频振动的悬架结构的参数设计方法，其特征是：步骤1)：根据车轮质量m1计算出车轮高频动力吸振器(16)质量m
d
，根据车身质量m2和舒适模式下的车身振动固有频率f
2c
计算出舒适模式下的悬架最小刚度k
2c
；步骤2)：根据车身质量m2和悬架最小刚度k
2c
确定惯容管阻尼c
2c
的取值范围，根据车轮高频动力吸振器(16)的质量m
d
确定惯容管惯容m
e
的取值范围，根据车轮垂直等效刚度k1、悬架最小刚度k
2c
、车轮高频动力吸振器(16)质量m
d
、车轮质量m1确定车轮高频动力吸振器(16)的刚度k
d
的取值范围，根据车身质量m2和悬架最小刚度k
2c
确定车轮高频动力吸振器(16)阻尼c
d
的取值范围；步骤3)根据车轮高频动力吸振器(16)质量m
d
、悬架最小刚度k
2c
、惯容管阻尼c
2c
、惯容管惯容m
e
、车轮高频动力吸振器(16)刚度k
d
以及轮动力吸振器(16)阻尼c
d
构建正则化刚度矩阵k和正则化阻尼矩阵c，再构建描述悬架系统垂直运动的状态方程的结构矩阵a和描述悬架系统垂直状态变量速度的复矩阵f，最后得到优化目标函数；
步骤4)：以求所述的优化目标函数的最小优化惯容管阻尼c
2c
、惯容管惯容m
e
、车轮高频动力吸振器(16)刚度k
d
以及车轮高频动力吸振器(16)阻尼c
d
，获得最优参数。6.根据权利要求5所述的参数设计方法，其特征是：所述的正则化刚度矩阵所述的矩阵正则化阻尼矩阵所述的结构矩阵所述的复矩阵f＝(j2πfi6×
6-a)-1
(-i6×1)(j2πf)2，03×3为3
×
3的零矩阵，i6×6、i6×1分别为6
×
6、6
×
1的单位矩阵，f为自然频率变量。7.根据权利要求6所述的参数设计方法，其特征是：所述的优化目标函数g
q0
是路面不平度系数，u是汽车行驶速度，f
2c
根据汽车设计的乘坐舒适性要求确定在1～1.2间取值，n0是参考空间频率，f(6,:)为f矩阵的第六行。8.根据权利要求5所述的参数设计方法，其特征是：所述的车轮高频动力吸振器(16)质量m
d
＝n1m1，n1取0.1～0.4；所述的舒适模式下的悬架最小刚度k
2c
＝m2(2πf
2c
)2，所述的惯容管阻尼c
2c
的取值范围为所述的惯容管惯容m
e
的取值范围为(0.4～3)m
d
，所述的车轮高频动力吸振器(16)刚度k
d
的取值范围为所述的车轮高频动力吸振器(16)的阻尼c
d
的取值范围为9.根据权利要求5所述的参数设计方法，其特征是：步骤4)中，采用遗传算法寻优获得最优参数。

技术总结
本发明公开汽车领域中三种措施抑制车身高频振动的悬架结构及其参数设计方法，将已有刚度阻尼惯容自治可控悬架与车轮高频动力吸振器组成三种措施抑制车身高频振动的悬架，在车身质量、车轮质量及等效刚度基础上，根据汽车设计要求确定车轮高频动力吸振器质量及舒适模式下悬架最小刚度，以求优化目标函数最小为目标优化惯容管阻尼及惯容、车轮高频动力吸振器刚度及阻尼，当汽车在坏路面上行驶时，将车轮传递到车身的高频抑振措施扩展到相互协调工作的车轮高频动力吸振、隔振、反共振减振三种措施，使车轮高频动力吸振措施的车身高频振动削峰优势与反共振减振措施的缩小车身高频振动频带带宽优势有机结合，完全削平高频振动频带的车身振动。动频带的车身振动。动频带的车身振动。


技术研发人员：吴佳睿 王骏骋 陈士安
受保护的技术使用者：尨腾汽车科技（南京）有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/9