車輛懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計分析

成彬

摘 要 本文圍繞液壓式車輛主動懸架展開深入探究，對汽車中常見的控制力輸出不足問題加以分析，并據(jù)此對液壓作動器展開設(shè)計、試驗，促進汽車整體的主動減震效果。

關(guān)鍵詞 液壓;主動懸架;混合控制策略

前言

人們將懸架按其功能，分成被動、半主動和主動三種。本文主要結(jié)合主動懸架展開分析。1955年開始出現(xiàn)主動懸架思想，其最初應用是在2cv型的雪鐵龍車中。主動懸架的設(shè)計是為了解決被動懸架中存在的一些問題，選擇可控的能對參數(shù)隨機進行調(diào)節(jié)，并完成信號處理功能的器件取締傳統(tǒng)懸架，讓汽車在行駛中保持穩(wěn)定。主動懸架包括傳感器、控制器、執(zhí)行機構(gòu)，跟汽車系統(tǒng)構(gòu)建一個閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂破魇瞧渲械墓芾砗托畔⑻幚碇行?，負責接收所有的傳感器信號，并結(jié)合相應規(guī)律還有控制方法來完成機構(gòu)的動作，調(diào)整車身的運動形態(tài)，以實現(xiàn)減振目標。在主動懸架控制期間，其控制質(zhì)量控制算法是決定性因素。其執(zhí)行機構(gòu)包括生成力與力矩的做功組件和外加動力源[1]。主動懸架現(xiàn)階段主要以并聯(lián)式和獨立式形式出現(xiàn)，其中并聯(lián)式主動懸架主應用較為廣泛，需要在被動懸架的前提下增添一個驅(qū)動器展開優(yōu)化，相當于在被動懸架的前提下補充能量，這樣一來能源的消耗量就少，就算是主動懸架出現(xiàn)問題，也可由被動懸架接著工作。獨立式主動懸架作動器的連接需要由懸置質(zhì)量和非懸置質(zhì)量實現(xiàn)，作動器通過這種方式能吸收、補充能量，這種懸架原理相對簡單，但其能量消耗迅速，只要主動懸架發(fā)生故障，就不能正常工作。

1車輛懸架系統(tǒng)建模

構(gòu)建如下模型對含減振元件慣容器的車輛懸架系統(tǒng)展開動力學響應分析。

上圖的模型可用以下動力學方程表示：

這里的ms、mu分別表示簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量;F表示慣容器兩端承受的力;ks、cs分別表示主彈簧剛度與主阻尼系數(shù);kt表示輪胎剛度;b表示慣性系數(shù);ki、ci分別表示副彈簧剛度與副阻尼系數(shù);xs表示車身垂向位移;xb表示慣容器發(fā)生的垂向位移;xu、xt分別表示輪胎與路面發(fā)生的垂向位移。系統(tǒng)最終輸出的。

2優(yōu)化設(shè)計

（1）優(yōu)化懸架參數(shù)。為進一步強化車輛懸架的整體減振性能，對副彈簧剛度ki、慣質(zhì)系數(shù)b，還有副阻尼系數(shù)ci需要通過遺傳算法展開參數(shù)優(yōu)化。對懸架動行程、車身加速度，還有輪胎動載荷指標，展開綜合考慮后，得到的適應度函數(shù)，參數(shù)優(yōu)化后：b=223kg，ki=8.48kN/m，ci=1.559kN·s/m。

（2）襯套優(yōu)化選型。在ADAMS/car仿真軟件中構(gòu)建多體動力學的懸架系統(tǒng)模型，以驗證模型是否正確，并令設(shè)計參數(shù)原始值cb=0.50N·s/mm，kb=450N/mm。當頻率的增加大時，計算功率流結(jié)果和仿真得到的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出差不多的變化趨勢，也就是說模型是正確的。

3數(shù)值仿真

（1）懸架模型的動力學響應。為體現(xiàn)懸架參數(shù)通過遺傳算法優(yōu)化后對系統(tǒng)綜合減振效果的影響，跟沒有優(yōu)化時的設(shè)計參數(shù)對應的系統(tǒng)動力學響應做對比，將車輛懸架系統(tǒng)優(yōu)化前后對應的動力學響應展開對比分析[2]。參數(shù)優(yōu)化前后車輛懸架系統(tǒng)的動力學響應。通過對比能看出，加速度、懸架動行程、輪胎動載荷等在優(yōu)化后都有了明顯改善，也就是說車輛懸架系統(tǒng)在經(jīng)過優(yōu)化后，其綜合減振性能確實有了明顯的提升。

（2）襯套參數(shù)帶給功率傳遞的影響。因橡膠材質(zhì)比較特殊，需要經(jīng)由測試對橡膠襯套的動態(tài)特性予以確認，通過模擬具體工況，在專用設(shè)備上展開測試.若是一味地通過優(yōu)化方法來優(yōu)化設(shè)計襯套的剛度與阻尼，得到的參數(shù)也許生產(chǎn)周期會過長，或者不適于生產(chǎn)，這樣一來優(yōu)化設(shè)計就失去意義了.故而，在實際應用期間結(jié)合襯套現(xiàn)有的參數(shù)展開優(yōu)化，能讓懸架襯套的參數(shù)真正實現(xiàn)優(yōu)化匹配。車輛懸架市場上現(xiàn)階段的三種主流產(chǎn)品，其具體襯套參數(shù)見表1。

按上表顯示的剛度值和阻尼系數(shù)，利用振動功率流理論，對襯套參數(shù)變化帶給系統(tǒng)振動功率的影響展開探究，當振動頻率在0～1Hz范圍內(nèi)時，襯套剛度發(fā)生變化時基本不會影響車身的振動功率;當振動頻率在0～50Hz范圍內(nèi)時，功率流譜在剛度300N/mm時要比另外兩種剛度對應的功率流譜明顯低一些。當襯套阻尼系數(shù)變大時，對應的功率流振幅也會隨之減小，在0～50Hz的頻率范圍內(nèi)，阻尼系數(shù)為2.0N·s/mm時的功率流要比另外兩類對應的功率流明顯低一些。

4結(jié)束語

參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化后，明顯比優(yōu)化前要好。車輛懸架系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化后，其綜合減振性能提升得十分顯著。借助理論計算和仿真數(shù)據(jù)得到懸架系統(tǒng)的兩種功率流圖像，二者呈現(xiàn)出一致的變化趨勢，充分說明所建模型是完全正確的。單就減振性能而言，類型3的襯套明顯優(yōu)于襯套1、2，適合應在車輛懸架減振系統(tǒng)中。

參考文獻

[1] 遲媛，任潔，王勇.車輛液壓主動懸架系統(tǒng)的設(shè)計與性能研究[J].液壓與氣動，2016（12）：16-24.

[2] 周辰雨，余強，趙軒.主動懸架LQG控制及其液壓參數(shù)研究[J].中國科技論文，2017（16）：1841-1847.