基于改进粒子群算法的轮胎模型参数两级辨识

为提高PAC89(Pacejka'89 tyre model)轮胎模型的辨识速度和辨识精度,采用加入自适应权重和自然选择性的粒子群算法,并将PAC89轮胎模型参数分为两级,依次进行辨识.以轮胎模型侧偏力曲线的辨识为例,轮胎模型中的刚度因子、形状因子、峰值因子、曲率因子、垂直和水平偏移率为一级参数,通过改进粒子群算法进行一级辨识得到;组成上述因子的特性参数为二级参数,通过改进粒子群算法进行二级辨识得到.一级辨识收敛时的迭代次数小于40,二级辨识收敛时的、迭代次数在100左右,通过实验数据与辨识模型的对比得出平均相对残差为1.6961％.辨识结果表明,采用改进粒子群算法分两级对PAC89轮胎模型进行辨识的方法,能够在保证模型精度的同时提高辨识速度,是一种有效的多参数辨识方法.     

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.     

采用改进Bingham模型的两自由度汽车悬架动力分析

采用一种改进的Bingham模型描述汽车悬架中的磁流变阻尼力,采用平方非线性模型描述轮胎刚度,通过平均法得到了两自由度汽车悬架系统振动的一次近似解和幅频响应曲线,并进行了数值验证.研究了系统参数对动态轮胎力的影响,结果表明,增加改进的Bingham模型中的参数C1、Fy、Vo都会减小动态轮胎力,但是C1、Fy的影响较大,而Vo的影响较小;平方非线性轮胎刚度系数对动态轮胎力的影响非常小.研究结果可为减小汽车振动、防止道路破坏提供理论参考.     

基于辨识模型的半主动悬架控制策略研究

依据悬架实体在ADMAS中建立1/4悬架模型并采用遗传算法辨识模型参数,得到了一个更能真实反映悬架性能的简化辨识模型.在此简化辨识模型的基础上分析了几种基于天棚阻尼原理的控制方法的特点,提出了一种基于免疫优化的混合阻尼半主动控制方法.仿真结果表明,基于免疫优化的混合阻尼半主动控制方法能够改善被动悬架的性能;在一定控制指标下,混合阻尼控制对被动悬架性能的改善优于天棚阻尼控制和地棚阻尼控制.     

基于多目标免疫算法的变刚度悬架的联合优化

为改善某装有变刚度悬架的轻型客车的平顺性和操纵稳定性,采用MATLAB编制MISA(multi-objective immune system algorithm)的优化程序,与使用Adams-Car建立的整车多体动力学模型组成联合优化模型,对该车前后悬架参数进行了优化.为保证模型的准确性,特对该车轮胎进行了力学性能测试,并通过参数辨识得到了基于魔术公式的轮胎属性文件(Pac2002).模型优化的抗体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钢板弹簧的两级刚度,并以该车实际情况给出了抗体的约束范围和便于编程优化的约束条件.优化目标抗原为国标下的稳态回转试验所达到的稳态最大侧向加速度、基准车速下的蛇行试验的车身横摆角速度和侧倾角,以及80km·h-1、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.最后,根据优化结果试制了悬架样件,并在某汽车试验场进行了改进样车的平顺性试验、稳态回转试验和主观评价试验.试验结果表明,所采用的联合优化方法正确可行.这也反映了汽车计算机辅助优化(CAO)技术发展的一种趋势,对未来汽车底盘的虚拟开发及优化具有一定的指导作用.     

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.     

汽车多刚体操纵稳定性模型及稳定性分析

运用多刚体动力学罗伯森-维登堡法充分考虑悬架系统的作用,建立了两轴汽车六自由度操纵稳定性模型.在此基础上,运用Hurwitz定理分析汽车的操纵稳定性,得出汽车具有稳定行驶性能的两个必要条件:汽车后悬架弹簧有效距离的平方与后悬架单侧弹簧刚度乘积大于前悬架弹簧有效距离的平方与前悬架单侧弹簧刚度乘积;汽车后轴所载质量与前轮胎侧偏刚度的乘积大于前轴所载质量与后轮胎侧偏刚度的乘积.     

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。     

基于路面识别的非线性悬架系统自适应控制

针对非线性悬架系统,基于多目标布谷优化和路面识别算法,研究不同路面等级下悬架非线性系统特性,实现根据路面等级调整控制参数的目的.首先建立四分之一车辆模型,选取电流为优化变量,簧载质量加速度和轮胎动行程为优化目标;然后利用布谷优化算法求取不同路面下悬架最优参数,并利用路面识别方法得到当前路面等级,结合悬架性能需求实现悬架在不同路面下自适应调节.仿真结果表明:1)控制算法可根据不同路面情况自适应调整悬架参数,提高系统性能;2)相比于传统粒子群优化方法(PSO),基于布谷优化算法得到的控制电流能提供更为理想的悬架系统性能.     

基于改进的粒子群优化算法的轮胎参数辨识

轮胎是汽车的重要组成部分,其特性分析是研究汽车动力学的基础,其模型的精度直接影响整车模型仿真的精度,多采用粒子群优化算法对轮胎参数进行辨识.参考自然界生物进化现象,在基本粒子群算法的基础上提出带变异阀值的多种群粒子群算法.该算法采用多个种群同时进化以保证粒子群的多样性,同时可改善全局收敛的可靠性,采用变异阀值可避免优化算法陷于局部收敛现象的发生.将该方法应用于轮胎参数辨识,并与其他优化算法辨识结果进行比较,该方法结果能够更好地与实验数据吻合,证明该方法辨识精度高,在轮胎参数辨识中有较好的应用性.     

转向架系统簧上质量的物理参数识别

提出了基于质量感应法、状态空间理论和模态空间理论的3种转向架系统簧上质量物理参数识别方法,设计了用于物理参数识别的定向激励测试工况,并通过仿真试验对以上参数识别方法进行验证及对比分析.结果表明,当采用质量感应法、状态空间理论和模态空间理论时,附加质量大小分别选取为系统质量的8%、17%和7%时识别精度较高;总体来看,模态空间理论的识别精度最高,状态空间理论次之,质量感应法最低;就质量参数、惯量参数、一系垂向刚度及阻尼参数识别而言,可以不考虑转向架簧上质量质心与一系悬挂下作用点位置高度差的影响;在高度差较小时,也可忽略其对结构参数识别精度的影响.     

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.     

麦弗逊式螺旋弹簧悬架的刚度与阻尼特性分析

为提高麦弗逊式独立悬架分析与设计效率,建立悬架受力分析以及进行刚度与阻尼计算的数学模型,给出按选定的偏频和相对阻尼比确定螺旋弹簧刚度和减震器阻尼参数的设计步骤,并研制了方便实用的麦弗逊螺旋弹簧悬架系统刚度和阻尼参数分析与设计计算软件.虚拟样机试验结果验证了数学模型和计算软件的正确性.     

军用车辆悬挂系统热-机耦合特性研究

为解决军用车辆悬挂系统中减振器温升过高而漏油失效的问题,提出了全面的车辆悬挂系统机械动力学与其热学特性相互耦合模型.采用Matlab/Simulink建立此闭环正反馈系统的热机耦合模型,仿真计算得到某军用车辆在多种工况以及不同悬挂参数条件下的减振器温升特性曲线.研究结果表明:随着路面等级的下降,车速的提高,簧下质量和负重轮刚度的增大,减振器的温度升高加快;簧上质量和悬挂刚度对减振器温升特性无影响.     

大跨径三塔缆索承重桥梁力学参数敏感度分析

建立了主跨为1 400m的三塔悬索桥、三塔斜拉桥和三塔斜拉-悬吊协作体系3种桥型的有限元分析模型.考虑几何非线性效应,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了计算程序,分析了主梁的最大挠度、索塔塔顶最大位移及主缆抗滑移系数对主梁刚度、索塔刚度、塔梁约束刚度、矢跨比、中央扣等参数的敏感程度,并进一步确定了主梁刚度和索塔刚度合理取值范围.结果表明:主梁刚度对悬索桥影响较小;主塔刚度是3种桥型的核心参数;塔梁约束可改善3种桥型的力学性能;减小矢跨比或设置中央扣可提高结构刚度,但会降低主缆抗滑性能.     

单纵臂式与扭力梁式悬架特性分析

应用CAE仿真技术和道路实车试验验证的方法,系统分析了单纵臂式与扭力梁式悬架的刚度特性和匹配后对整车性能的影响,揭示了2种悬架的主要区别:汽车在中高速度行驶时,扭力梁式悬架的质心垂直加速度小于单纵臂式悬架车型,具有良好的乘坐舒适性;单纵臂式悬架的汽车侧倾角与侧向加速度小于扭力梁式悬架车型,具有良好的操纵稳定性.在理论研究的基础上,探索出了3项整车匹配单纵臂式与扭力梁式悬架的原则,为乘用车悬架系统的选型和匹配提供了理论依据和设计方法.     

机床结合部耦合动刚度的辨识与建模

针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.     

基于影响线多源信息融合的悬索桥损伤识别

为了精确识别悬索桥结构构件的损伤位置及程度,建立悬索桥空间结构有限元模型,通过模拟准静态加载提取并分析结构的位移、应力影响线,并构建了影响线曲率差指标,通过提取结构振型与频率,构建悬索桥结构柔度矩阵,并构造柔度曲率差变化率指标,用于悬索桥结构构件损伤识别。基于Dempster-Shafer证据理论融合影响线与柔度指标,对模型中纵向下弦杆、纵向斜腹杆和吊杆的不同位置与程度损伤进行识别敏感性研究。研究表明,柔度曲率差变化率损伤识别指标比影响线损伤识别指标对悬索桥构件损伤更为敏感,信息融合指标比单一损伤识别指标损伤定位精度更高,且具有较好的噪声鲁棒性。