传统减振器利用油液流动,将悬架中振动能量转换成热能耗散掉,以保证车辆的行驶性能;馈能减振器将这部分能量回收成电能,并提供连续可调的阻尼以保证或进一步改善车辆的行驶性能,被广泛研究。先后出现的馈能减振器类型包括:直线式馈能减振器、旋转式馈能减振器、摆臂式馈能减振器等。其中,旋转式馈能减振器,尤其是其中的机械式馈能减振器和液电式馈能减振器,以其能量密度大的优势成为现在研究的主流。本文围绕旋转式馈能减振器中的惯容展开研究,就惯容对馈能减振器外特性和相应悬架性能的影响、带惯容的馈能减振器的优化与控制等关键问题进行了理论和试验研究,具体内容如下。(1)提出一种适用于重型车辆的机械式馈能减振器方案,采用数学模型和台架试验研究惯容对其外特性的影响。所提出的机械式馈能减振器采用单轴的结构和运动整流机构(MMR),使系统简单可靠。MMR中存在单向离合器,它使该机械式馈能减振器成为一个分段线性系统,在啮合(engage)和分离(disengage)两个状态中切换。本文采用拉格朗日力学方法和牛顿力学方法对两个状态下的系统动力学及状态切换条件进行建模,结果表明该减振器的输出力和状态切换条件由惯容和阻尼共同决定。所得台架试验结果对模型进行验证,另外还表明该机械式馈能减振器的阻尼系数范围为5–35 kNs/m,能满足部分重型车辆对阻尼的要求。(2)以重型车辆为目标,设计液电式馈能减振器的各参数,采用动力学模型和台架试验,研究惯容和其他参数对所设计减振器性能的影响。文中首次考虑液电式馈能减振器中旋转件所带来的惯容,对其进行动力学建模,模型表明其输出力可分为四个部分:液体粘性阻尼力、电阻尼力、蓄能器力,以及旋转件的惯容力;其中蓄能器力和惯容力存在互相抵消的可能性。台架实验对该可能性进行了验证,并表明所设计的液电式馈能减振器能量回收效率可达30%,回收功率可达220W;能提供的阻尼范围为32-92 kNs/m,可覆盖大部分重型车辆的阻尼范围。(3)选取轿车、大客车、三种重型货车为载体,研究馈能减振器中惯容对不同车辆行驶性能的影响。因液电式馈能减振器中惯容力和蓄能器力存在互相抵消的作用,为单独研究馈能惯容对车辆性能的影响,这部分以机械式馈能悬架为研究对象,包括带线性惯容的机械式馈能悬架(NonMMR馈能悬架)和带非线性惯容的机械式馈能悬架(MMR馈能悬架)。研究结果表明:线性惯容和非线性惯容都可以改善车辆的平顺性,但是只有非线性惯容可以改善车辆的行驶安全性;并且,非线性惯容对车辆性能的改善随着车辆阻尼比和刚度比(轮胎刚度/悬架刚度)的减小而增加。当车辆阻尼比和刚度比都小于一个特定值时,通过对非线性惯容的合理设计,它能同时改善车辆的平顺性和行驶安全性。在馈能能力方面,带有非线性惯容的MMR馈能悬架的馈能功率略少于带有线性惯容的NonMMR馈能悬架。(4)对MMR馈能减振器的非线性惯容和阻尼进行优化匹配,并设计三种控制器对优化的MMR馈能悬架进行半主动控制,比较它们的控制效果。选取MMR馈能悬架为被控对象的原因如下:MMR馈能悬架中非线性惯容相较于NonMMR馈能减振器中线性惯容更能改善悬架性能;液电式馈能减振器中阀件响应不及时,较难实现实时控制。本文先通过数值方法得到以行驶安全性和平顺性为多目标优化的帕累托前沿;基于帕累托前沿,选取一个MMR馈能悬架为被控对象,设计三种半主动控制器并比较控制效果,包括天棚—功率驱动控制器(SH-PDD),模型预测控制器(MPC),以及剪切最优控制器(Clipped-LQR)。结果表明:SH-PDD可极大地改善车辆平顺性,控制效果与MPC相当,而计算量较MPC大大减小,但是SH-PDD会恶化车辆行驶安全性;Clipped-LQR可较好地均衡车辆平顺性和行驶安全性。因此,若对车辆的平顺性要求较高,可采用SH-PDD;若想获得较为均衡的平顺性和行驶安全性,可采用Clipped-LQR。