基于SMA复合材料板簧的半主动悬架研究-矿业装备与控制工程专业论文.docxVIP

STUDY OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION BASED ON SMA COMPOSITE LEAF SPRING A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Li Lei Supervisor: Professor Ren Yongsheng College of Mechanical and Electronic Engineering May 2008  声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文 献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机 关作鉴定。 硕士生签名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date:  摘 要 传统被动悬架系统结构简单，但只是优化折衷；主动悬架系统舒适性和稳定性好， 但结构复杂、能耗大、成本高，经济性差；半主动悬架系统结构相对简单、可靠性高、 耗能少，性能趋于主动悬架。因此，半主动悬架系统技术受到了国内外学者和汽车开发 商的重视。常规板簧不能随车轮和车身垂向位移、垂向加速度这些状态量的变化而主动 改变刚度，也不能随路面信息不规则变化而主动改变刚度，这显然不符合先进悬架对弹 性元件的苛刻要求。 基于空气弹簧的半主动悬架系统，因结构复杂、维修麻烦以及尺寸大，造成布置困 难，目前多数在大型车上采用。所以，开发一款舒适性、稳定性、平顺性以及经济性的 悬架尤为必要。本文提出了刚度既能随车载负荷，又能随车身状态（车身和车轮垂向位 移、垂向加速度），同时可根据路况信息不规则变化刚度可调节的 SMA 板簧理论分析模 型。 形状记忆合金（SMA）作为性能优良的驱动器埋入复合材料板簧内部，加以约束， 调节温度可改变板簧刚度，针对目前对 SMA 复合材料板簧刚度特性尚缺乏深入的研究 的现状，根据经典力学、复合材料力学、复合材料结构和 SMA 力学理论，建立了 SMA 板簧的力学模型，在 MATLAB 环境下编程计算，结果揭示了温度变化、SMA 含量、铺 层方式对板簧刚度的影响规律。 为了验证 SMA 板簧力学模型以及计算结果的正确性，在通用有限元分析软件 ANSYS 环境下建立了 SMA 板簧实体模型，进行结构静力学分析，计算板簧在三个温度 点下的刚度值。经比较，ANSYS 环境下得到的板簧刚度值与板簧力学模型所推导刚度公 式计算的结果基本一致。 基于经典隔振理论，建立了 1/4 车辆被动悬架以及基于 SMA 板簧的半主动悬架力学 模型；进而在 SIMULINK 环境下建立了 1/4 车辆被动悬架仿真模块，利用状态最优控制 理论，建立了基于 SMA 板簧的半主动悬架仿真模块。以汽车悬架三个重要性能指标为 基准对比两种悬架，仿真结果显示，基于 SMA 板簧的半主动悬架性能要优于被动悬架。 关键词：SMA，半主动悬架，智能板簧，仿真，SIMULINK，刚度调节  Abstract Traditional passive suspension system is simple, but only optimizes the compromise. Active Suspension System comfort and stability, but the complex structure, energy consumption, high costs and poor economy. Semi.active suspension system structure is relatively simple, high reliability and low energy consumption, performance tends