被動天棚阻尼懸架系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化研究

李洋 楊騰 高倩 胡凱

摘要：嘗試一種三元件ISD懸架結(jié)構(gòu)，建立四分之一懸架模型，運用多目標函數(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的參數(shù)，對比分析了傳統(tǒng)被動、優(yōu)化前后ISD三種懸架系統(tǒng)的性能。結(jié)果表明，優(yōu)化后的ISD懸架的車身加速度、輪胎動載荷和懸架動行程均方根值都不同程度的減小，說明經(jīng)參數(shù)優(yōu)化的ISD懸架可有效改善駕駛和乘坐體驗。

關(guān)鍵詞：慣容器；車輛懸架；參數(shù)優(yōu)化

1.引言

“慣容器-彈簧-阻尼”懸架體系的確立突破了傳統(tǒng)被動懸架的性能瓶頸，進一步拓展了經(jīng)典隔振理論，使得理想天棚阻尼的被動實現(xiàn)成為可能[1-2]。原有ISD懸架元件較多，階次較高，結(jié)構(gòu)復雜，不適于實車試驗和應用。因此，探索并開發(fā)一種元件少、階次低、適于實車布置同時性能較好的新型ISD懸架系統(tǒng)變的很有必要。

本文以“慣容器-彈簧-阻尼”結(jié)構(gòu)的ISD懸架為模型，利用機電相似理論和阻抗分析的方法，建立四分之一車輛懸架模型，使用MATLAB進行分析ISD懸架的動態(tài)特性，同時嘗試多種結(jié)構(gòu)后運用MATLAB優(yōu)化函數(shù)進行傳統(tǒng)被動天棚阻尼懸架各項評價參數(shù)的優(yōu)化。

2.被動ISD懸架模型

2.1. 懸架系統(tǒng)建模

應用機械阻抗法建立四分之一車輛懸架模型如圖1所示。其運動微分方程為

3.多目標懸架參數(shù)優(yōu)化

傳統(tǒng)被動懸架由懸架參數(shù)的確定己有成熟的方法和理論。以“慣容器-彈簧-阻尼器”三元件為結(jié)構(gòu)基礎的ISD懸架，如何確定其參數(shù)來使懸架的性能進一步的提高，尚未有成熟的方法和理論。

而在確定懸架參數(shù)的過程中，一方面，以“慣容器-彈簧-阻尼器”為結(jié)構(gòu)基礎的懸架是一個多參數(shù)的優(yōu)化問題；另一方面，要確保車輛懸架的三個性能指標各自最優(yōu)與彼此皆優(yōu)的平衡關(guān)系，便形成一個多目標的優(yōu)化問題。使用多目標優(yōu)化函數(shù)對懸架性能進行優(yōu)化，先將三個性能指標統(tǒng)一為一個目標函數(shù)并選取加權(quán)因子為2.92，1.49，0.36。選取某成熟轎車后懸架作為研究對象，其優(yōu)化參數(shù)如表1所示：

4.各個懸架模型性能仿真分析

在MATLAB環(huán)境下選取車速為20m/s，對傳統(tǒng)天棚阻尼懸架和降階優(yōu)化過后的懸架模型進行仿真，以車身加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷均方根值為性能評價指標，仿真結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，優(yōu)化結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比在低頻段三種性能有較大的提升。高頻段車身加速度與懸架動行程與均與傳統(tǒng)懸架相仿，保證了其在高頻階段的乘坐舒適性。輪胎動載荷在高頻階段大幅下降保證了車輛的駕駛安全性。其相應性能均方根值如表2所示。

由表2可知，與傳統(tǒng)懸架相比，ISD結(jié)構(gòu)與優(yōu)化結(jié)構(gòu)車身加速度均方根值分別減小了3.5%和7.3%，輪胎動載荷均方根值分別減小了0.37%和12.4%，懸架動行程均方根值分別增加了0.28%和減少了13.2%。實現(xiàn)了性能的全面優(yōu)化。

5.結(jié)論

（1）與傳統(tǒng)被動懸架相比，加入慣容器的三元件ISD 懸架的車身加速度、輪胎動載荷均方根值都不同程度的減小，懸架動行程均方根值略有增大。實現(xiàn)對傳統(tǒng)被動懸架的主要性能的優(yōu)化。

（2）從數(shù)據(jù)對比來看，本次參數(shù)優(yōu)化后的ISD懸架在三種懸架主要性能指標上有有著不錯的提升，降階優(yōu)化效果顯著

參考文獻

[1]張孝良，聶佳梅，汪若塵，等.基于慣容-彈簧-阻尼結(jié)構(gòu)體系的被動天棚阻尼懸架系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2013，44（10）：10-14.

[2]張孝良.理想天棚阻尼的被動實現(xiàn)及其在車輛懸架中的應用[D].江蘇：江蘇大學，2012

[3]楊曉峰，沈鈺杰，陳龍，汪若塵，孫曉強.基于動力吸振理論的車輛ISD懸架設計與性能分析[J].汽車工程，2014，36（10）：1262-1266+1277.

[4] 喻凡，林逸 . 汽車動力學 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.

（作者單位：江蘇大學）