Page 33 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 刘昌宁，等：车辆惯容悬架等效阻抗特性分析及频域调控实现 2491

R L 为电学网络的负载阻抗，T 2 (s) 为结构 S2 的机械阻 惯质系数减小。该装置结构设计简易、方便安装，
抗），可以有效抑制弹簧元件的振动功率反射效应。 且可以实现介质差异条件下的传动连接。选用英国
采用速度型阻抗传递函数进行分析，惯容悬架的内 Instron 8800 液压伺服激振系统对装置力学性能开展
阻抗 R 0 如下： 试验测试，惯容器性能测试现场如图 10 所示。
1 上轴承 飞轮 驱动轮 下轴承 丝杆
3
1 1 m 1 m 2 s +k t m 2 s
R 0 = + = 2 2 （10）
k t m 2 s m 1 s +m 2 s +k t 上吊耳
+m 1 s
s
随着振动频率的变化，惯质系数 b 的要求也不
断改变，如图 8 所示，在低频段，要求惯质系数偏大，
在中高频段，需采用较小的惯质系数，即
 从动轴 从动轮 螺母 外壳 下吊耳

b min ， f ⩽ f 0

b =  （11）
 图 9 频率驱动磁力惯容器装置
 b max ， f > f 0
Fig. 9 Frequency-driven magnetic inerter device
式中，b mi 为小惯质系数；b ma 为大惯质系数；f 为振
x
n

动频率；f 0 为频率切换点。

3500
R 0 =T 2 (s)
3000 m 1 m 2 s +k t m 2 s bcs +bks+ck
3
2
= bs +cs
2500
惯质系数 / kg 2000 磁力惯容器
2
2
2
m 1 s +m 2 s +k t
频率驱动
1500
1000
液压作动器
500
0
0 5 10 15 力传感器
位移传感器
频率 / Hz

图 8 悬架阻抗匹配惯质系数要求
Fig. 8 Impedance matching requirement of suspension for
图 10 惯容器性能测试现场
inertial coefficient
Fig. 10 Test site of inerter performance

输入弦波激励 x=Acos(ωt)（其中 ω 为角频率），振
3 惯 容 悬 架 频 域 调 控 装 置 研 制 幅为 5 mm，频率如下式所示：

0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 (Hz)



3.1 频域被动调控可行性分析 


f Hz =1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0 (Hz)





惯容器两端的受力与惯质系数及端点加速度间 6.0，7.0，8.0，9.0，10.0 (Hz)
（13）
的数学关系为：F=b ¨ x，若将路面输入等效为多个正弦
将弦波激励时域信号转换为频域信号，分析频率驱
型输入的集合，则对于正弦型位移输入 x，有：
动磁力惯容器的力学输出性能。
2
2
¨ x = −4π f Asin(2πft) （12） 图 11 为幅值与相位结果，理论幅值、试验幅值
式中，A 为输入振幅；f 为频率；t 对应时间变量。 在 4.5 Hz 以下时差异较小，偏差主要由装置运动副
2
因此，惯质系数恒定时，其惯性力 F 与 (f , A) 正 摩擦引起，随着频率的升高，试验幅值趋于平缓。对
相关。对于乘用车，实际悬架振动幅值一般在 0.023~ 于相位，理论值与实际值在 1 Hz 以下以及 6 Hz 以上
0.030 m 之间，而乘坐舒适性敏感频率范围为 0.5~80 Hz， 有一定的差异，在 1~5 Hz 基本吻合。
所以惯性力随频率变化更为显著。 频率驱动磁力惯容器在低频段两端相对速度和

相对加速度均较小，该阶段惯性力数值偏低，此时摩
3.2 频率驱动磁力惯容器研制与力学性能测试
擦力占比明显提升。高频激励下频率驱动磁力惯容
为实现惯质系数随频段的动态调整，设计了如 器两端的加速度差值明显扩大，该惯容器实际产生
图 9 所示的频率驱动磁力惯容器装置，采用磁齿轮 [16] 的输出力中，惯性力所占份额增加。当频率进一步
联动滚珠丝杠的传动方案，磁力的最大驱动点即为 升高，超过 4.5 Hz 时，驱动轮转矩升至最高水平，频
频率切换点，超过该界限后，传递将产生滑移，等效 率驱动磁力惯容器两端的输出力幅值达到上限。基