基于平顺性的矿用人车悬架参数匹配研究

为解决矿用人车平顺性较差的问题,提出一种基于平顺性评价指标的悬架参数匹配方法。通过悬架系统非线性动力学模型,分析悬架刚度、阻尼、缓冲块刚度和间隙对平顺性的影响,以随机路面下1/3倍频带加权加速度均方根值和脉冲激励下车身最大加速度响应作为评价指标,兼顾悬架动载荷的标准差和动挠度,分别在随机输入下进行悬架刚度和阻尼匹配,在脉冲输入下进行缓冲块刚度和间隙匹配。通过改进前和改进后的对比试验,证明了合理匹配后的悬架能够很大程度降低车身加权加速度值,改善车辆在随机路面和脉冲激励下的行驶平顺性。     

基于平顺性的矿用人车悬架参数匹配

为解决矿用人车平顺性较差的问题,提出一种基于平顺性评价指标的悬架参数匹配方法。通过悬架系统非线性动力学模型,分析悬架刚度、阻尼、缓冲块刚度和间隙对平顺性的影响,以随机路面下1/3倍频带加权加速度均方根值和脉冲激励下车身最大加速度响应作为评价指标,兼顾悬架动载荷的标准差和动挠度,分别在随机输入下进行悬架刚度和阻尼匹配,在脉冲输入下进行缓冲块刚度和间隙匹配。通过改进前和改进后的对比试验,证明了合理匹配后的悬架能够很大程度降低车身加权加速度值,改善车辆在随机路面和脉冲激励下的行驶平顺性。     

采用路面识别方法的重型救援车辆主动悬架控制策略

针对重型救援车辆在复杂路况行驶时存在的行驶平顺性差及操纵不稳定等问题,提出了采用路面识别方法的重型救援车辆主动悬架控制策略。识别方法以不同等级路面激励引起的相对路面粗糙度为依据,通过建立T-S型模糊控制规则实现路面等级识别;控制策略根据识别的路面等级、非簧载质量、簧载质量、悬架刚度、悬架阻尼和轮胎刚度,设计最优H∞控制器参数矩阵,计算主动悬架作动力,实现主动悬架在不同等级路面行驶时的自适应控制。试验结果表明:采用路面识别方法的主动悬架控制系统能够通过调节鲁棒控制器参数矩阵,自适应地控制悬架刚度和阻尼,提高了不同路面行驶条件下的平顺性与操纵稳定性;在不同等级路面情况下与被动悬架相比,簧载质量加速度均方根值减小了20%以上,且在4～8Hz频段内,簧载质量加速度幅值均小于被动悬架。     

三轴车悬架动力学参数的匹配

为了提高多轴车的平顺性,以三轴车为例,建立了三轴车的数学模型,分别提出3种悬架刚度匹配方案和3种阻尼系数匹配方案,由此组合出9种悬架动力学参数匹配方案.通过在不同路面输入下,对9种方案分别进行仿真分析,分析了路面输入以及动力学参数匹配方案对车辆平顺性多个指标产生的影响.在不同的路面输入和具体的设计目的下,提出了不同的悬架动力学参数匹配方案,获得了设计目的相关指标最优性能的设计方法.结果表明:在随机路面输入下,要获得最小车身加速度,悬架动力学参数匹配应采用偏频相同、阻尼比相同的方案;要获得最小车身俯仰角加速度,应采用刚度三轴相同、阻尼中间轴较大的方案.     

内置悬置轮毂电机驱动系统参数灵敏度分析

轮毂电机驱动电动汽车将电机、轮毂、减速机构等集成于车轮内,这种高度集成不仅会造成非簧载质量的增加,路面激励引起的轮毂电机气隙不均匀还将导致电磁振动激励的进一步恶化.针对上述问题,基于笔者前期提出的一种新型内置悬置系统的电动轮拓扑结构方案,文中建立了新型电动轮车辆振动模型,推导出了多质量系统车身加速度、车轮相对动载、悬架动挠度及定转子相对位移等车辆平顺性指标对路面不平度速度输入的频响函数,通过车辆平顺性指标对电机质量、定转子质量比、轴承刚度、悬置元件刚度等重要结构参数的灵敏度分析,了解系统参数对各平顺性指标的影响.结果表明:悬置元件的阻尼对车身振动加速度和悬架动行程影响最大,其灵敏度分别达到10.33和10.21;定转子相对位移对轮毂轴承刚度最为敏感,其敏感度达到12.07;轮胎动载则对电机总质量最为敏感,其敏感度达到10.49;上述各参数中,电机定转子质量比对各振动响应量的影响均较小.     

变刚度悬架的虚拟匹配优化

为解决某客车变刚度悬架的匹配优化问题,首先对传统的汽车悬架匹配方法和流程进行了总结,然后提出了基于计算机辅助优化(CAO)技术的虚拟匹配优化方法,并给出了相应的匹配流程.该匹配方法先建立整车的虚拟优化模型,再编制优化匹配程序并设定优化目标,然后联合优化模型仿真进行虚拟匹配.为建立准确的虚拟模型,特对该车的前后轮胎和空满载下簧载惯性参数进行了测试.文中匹配的悬架参数包括前悬架扭杆的扭转刚度、前后减振器的阻尼系数、前后稳定杆的扭转刚度、后悬架板簧的初级刚度与复合刚度和板簧衬套的径向刚度.匹配时需要考虑空载和满载两种状态下的车辆性能.通过虚拟匹配得到了该车变刚度悬架的匹配结果,然后根据该结果试制了悬架样件,最后在某汽车试验场进行了对比验证试验.结果表明,所采用的虚拟匹配方法对变刚度悬架参数的匹配优化是有效可行的,这对汽车底盘的虚拟开发及优化具有一定的借鉴指导意义.     

半主动悬架系统刚度动态迭代跟踪控制

为进一步提高车辆行驶平顺性,结合可变刚度半主动悬架系统的特点,提出动态迭代跟踪控制算法,并应用于可变刚度半主动悬架系统。基于Matlab/Simulink建立七自由度整车仿真模型。选取簧载质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷的均方根为平顺性评价指标,通过层次分析法确定各评价指标的权重系数,利用遗传算法确定典型工况下悬架最优刚度。采用动态迭代跟踪算法控制悬架刚度,根据所得刚度与最优刚度的差异确定控制算法的修正系数,在典型工况下使其控制参数与寻优所得参数吻合,并对其他工况下的控制效果进行验证。仿真结果表明:提出的控制算法在混合工况下能有效地使簧载质量加速度均方根减小6.34%,悬架动行程均方根减小7.35%,从而提高车辆行驶的平顺性。     

等长双横臂悬架轮边驱动机构的设计及优化

结合等长双横臂悬架的特点,分别对用于转向轮和非转向轮的电动汽车轮边驱动机构进行了设计,此机构不但结构紧凑,而且降低了电动汽车的非簧载质量,提高了整车的行驶平顺性。在ADAMS软件下建立了悬架导向机构的参数化模型,以轮距变化最小为目标函数,对悬架导向机构进行了优化设计。     

整车刚柔耦合动力学模型及平顺性优化

为了研究车身的弹性变形对整车行驶平顺性的影响,在ADAMS/Car模块中建立整车刚柔耦合模型,依据相关试验法规,进行了随机路面输入下的平顺性仿真试验,并通过实车道路试验对比验证模型的正确性和合理性.利用验证后的整车刚柔耦合模型和试验设计技术,对悬架的弹簧刚度系数、减震器阻尼系数进行优化.优化后车身质心处垂向振动加权加速度均方根值降低了12.6％,表明悬架系统参数的合理匹配可以明显改善车辆的行驶平顺性.     

刚度阻尼联动减振支柱的NJ2045型车后悬架参数优化

为了提高NJ2045型越野车在复杂工况下的行驶平顺性、安全性及道路友好性,将一种刚度阻尼可调式减振支柱替代减振器应用于该车的后悬架。分析了刚度阻尼可调式减振支柱的工作原理和性能特点,针对该减振支柱与钢板弹簧组成的复合式后悬架系统,采用粒子群优化算法,通过Matlab编制优化计算程序,对四种工况下的后悬架的刚度和阻尼进行了最优匹配,并对刚度和阻尼的匹配结果进行仿真分析。仿真结果表明,通过多工况下悬架系统刚度和阻尼的优化匹配,车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程的最大降幅分别为54.5%、48.8%、24.7%,协调了整车行驶平顺性和安全性之间的矛盾,为改善NJ2045型越野车后悬架性能提供了新的技术方案。     

油气悬架的不确定性多目标优化

为改善某393t矿用自卸车的平顺性能,需要优化油气悬架的非线性刚度阻尼特性,建立了更符合工程实际情况的7自由度整车模型.考虑矿用车运输过程中整车质量与质心位置的不确定性,选取对目标函数影响较大的悬架刚度和阻尼系数作为设计变量,选取整车质心加速度和车身侧倾角、车身俯仰角以及悬架的动扰度和车轮的动载荷作为目标函数,利用基于薄板样条插值的高维模型(TPS-HDMR)构建设计变量与目标函数之间的近似模型.采用基于Pareto概念的多目标优化遗传算法进行优化,得到了最优Pareto解集.仿真结果表明:多目标优化可以同时改善11个目标的性能,提高汽车的平顺性.     

车速变化对车辆平顺性的影响

为研究车速变化对车辆平顺性的影响,建立了考虑车速变化时纵向惯性力影响与白噪声频率时变的路面随机输入1/2车悬架动力学模型.其中,白噪声频率时变的路面输入模型是利用Matlab/Simulink软件的Lookup Table模块,针对实时的车辆行驶距离对空间路面随机激励模型查表来获得.数值仿真结果表明:车速变化对轮胎动变形、簧载质量加速度及车身俯仰角加速度指标基本没有影响,但使悬架动挠度指标明显变差,且车速变化越剧烈及悬架刚度越小,上述现象越明显.采用减小车辆质心至0.8倍与增大悬架刚度至1.1倍的改进时,牺牲簧载质量加速度指标6.96％和车身俯仰角加速度指标0.89％,可使前后悬架动挠度指标分别得到20％与17.6％的明显改善.     

全簧载质量范围内超微型汽车悬架全局优化

为使超微型汽车在各簧载质量下都能获得相对较好的平顺性能,建立了质心随乘载质量不同而变化的半车5自由度动力学模型,提出了1种基于车辆实际乘载情况统计结果的多目标二维度模拟退火优化方法.该方法以各种乘载情况下座椅质量加速度、前后悬架动行程、前后轮胎动位移和车身动态姿态的加权和作为优化目标,以前后悬架刚度和阻尼系数作为优化变量.对优化前后数据进行仿真对比,得到车速为50 km.h-1,乘载为75,150 kg 2种工况下,座椅质量加速度分别优化了17.53%和19.06%,并且其他性能参数能够满足性能要求.试验结果验证了所建仿真模型的正确性及所提出优化方法的有效性,优化后车辆在不同车速和乘载工况下,舒适性降低界限时间有所提高,车辆平顺性得到一定程度的改善.     

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.     

基于SPEA2+的某轻型客车悬架多目标优化

为了改善某轻型客车的平顺性和操纵稳定性,使用Matlab和Adams-Car联合建立了该车的整车多体动力学优化模型,采用SPEA2+多目标进化算法对该车的前后悬架进行了匹配优化。为保证模型的准确性,特对该车轮胎的力学性能进行了测试,并通过参数辨识得到了基于魔术公式的轮胎属性文件(Pac2002)。其中优化变量包括前悬架扭杆的扭转刚度、前后减振器的阻尼曲线系数、前后稳定杆的扭转刚度和后悬架板簧的刚度,并根据该车实际情况确定了优化变量的约束范围。优化目标为稳态回转试验的最大侧向加速度、基准车速下蛇行试验的车身横摆角速度和侧倾角及速度80km/h、B级路面的前后悬架上方的车架大梁Z向加速度均方根值。然后根据优化的结果进行了悬架样件试制,并在某汽车试验场进行了对比验证试验。试验结果表明:优化后平顺性提高约20%,操从稳定性基本不变,采用的联合优化方法是有效可行的;该优化方法是汽车CAO技术发展的一种趋势,对汽车底盘的虚拟开发及优化具有一定的指导作用。     

基于三维动力学模型的重型卡车动态参数对平顺性的影响

为了研究重型卡车动态参数对驾驶员舒适性的影响,以路面随机不平度为激扰,以驾驶室座椅垂向、驾驶室的俯仰角和侧倾角的加权加速度均方根值为目标函数,建立了13自由度的三维动力学模型.采用Matlab/Simulink软件对整车模型进行仿真计算,分析了不同系统参数,如悬架、轮胎、驾驶室悬架和驾驶员座椅悬架的参数对驾驶员座椅垂向振动、驾驶室前后和左右晃动的影响.研究结果表明:悬架系统中刚度和阻尼参数的最佳匹配对车辆平顺性的影响非常明显;随着悬架系统和轮胎刚度的增加,车辆平顺性从优向劣转变,而随着悬架系统阻尼的增加,车辆平顺性呈现从劣转优现象.该研究为重型卡车悬架系统设计提供相应的理论依据.     

基于ADAMS微型观光旅游电动汽车平顺性优化

基于国内所研制的微型观光旅游电动汽车平顺性差的缺点,以多体动力学理论为基础,在ADAMS/Car中建立唐山市电动汽车重点实验室前期研制的微型观光旅游电动汽车虚拟样机模型。分析并建立其前后悬架系统弹簧刚度和减震器阻尼约束条件,采用正交实验法在ADAMS/Car Ride中对整车进行各参数组合的平顺性仿真分析。获得前后悬架系统参数对此微型观光旅游电动汽车平顺性影响主次顺序,最终得到前后悬架弹簧刚度和减震器阻尼匹配的相对最优解。大幅度改善了此微型观光旅游电动汽车平顺性,并为进一步提高其平顺性指引了优化方向。     

基于改进遗传算法的半挂牵引车平顺性与操稳性协同优化

为实现平顺性和操纵稳定性的协同优化,以某半挂牵引车悬架系统为研究对象,以脉冲输入下座椅坐垫上方z向最大加速度、角阶跃输入下的横摆角速度振幅为目标,选取前后悬架钢板弹簧刚度、前后悬架减振器鞍座刚度以及阻尼系数为设计变量,建立目标函数并利用改进NSGA-Ⅱ遗传算法对设计变量进行寻优匹配,最后将最优参数导入ADAMS/CAR...     

基于试验设计的某微型客车悬架参数匹配优化

 由于悬架系统结构复杂,系统特性指标较多,各项指标相互关联,对车辆的影响规律较为复杂,从理论的角度提出悬架系统优化的目标函数是十分困难的,由此根据多体系统动力学原理,建立了某微型客车的虚拟样机模型,综合考虑整车的操纵稳定性和乘坐舒适性,分别以稳态回转试验中的不足转向度、车身侧倾度和汽车平顺性随机输入行驶试验中总的加权加速度均方根作为评价指标,设计正交试验,从理论上说明前后悬架刚度、横向稳定杆扭转刚度、前后减震器阻尼等悬架参数对微型客车操纵稳定性、平顺性的影响程度,找出显著因素,得到基于仿真试验的悬架参数的最优组合,为后期样车悬架参数的优选及调校提供指导和支持。     

重载汽车动力学性能多目标优化分析

以三轴重载汽车为例,以影响其动力学性能的悬架参数优化为目的,在随机路面激励的作用下,构建了三点虚拟激励模型,通过建立三轴重载车的六自由度模型,利用虚拟激励法得出驾驶室座椅均方根值表达式,并以加权的加速度均方根值作为平顺性的评价指标;建立汽车转弯运动力学模型,得出侧倾稳定性因数与悬架的侧倾特性和由路面随机激励所产生的动载荷之间的关系,确定以稳定性因数作为汽车侧倾运动的稳定性评价指标;将整车的95百分位四次幂合力作为道路友好性的评价指标.根据悬架刚度和阻尼与各性能评价指标之间的关系,基于Isight软件,运用遗传算法NSGA-II实现了汽车的平顺性、稳定性和道路友好性的多目标综合优化,从而得出了悬架刚度和阻尼的最佳匹配值.该思路对于多轴重载车的参数设计具有参考价值.