汽車懸架系統平順性分析與優化設計

丁殿龍

摘要：隨著我國經濟的建設，汽車工業得到了快速的發展，人們對現代汽車的各項使用性能的要求也因此不斷提高，汽車懸架系統也得到了越來越多的關注。文章針對汽車懸架系統的平順性進行了分析，針對汽車懸架系統在開發設計過程中懸架的彈性和阻尼參數的選取等問題將平順性作為優化的目標，提出多目標優化設計方案。

關鍵詞：汽車懸架系統；平順性；優化設計；汽車工業；彈性；阻尼參數 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2016）20-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.014

1 汽車懸架系統平順性不確定性優化

事實上，在汽車制造的過程中往往真實的作業和測量之間存在較大的誤差，這些最優化參數在后期加工中具有很強的不確定性。因此，在進行設計的過程中需要考慮到誤差的影響，為此可以在設計中采用區間優化模型，對汽車的平順性進行不確定性優化工作。

1.1 汽車平順性優化模型

1.1.1 設計變量的選取。由于懸架彈簧和阻尼在汽車懸架系統設計中的作用，可以看出兩者之間具有相互抑制的作用，因此為了保證車輛和乘員的安全統一結合就需要進行最優化設計。其中將懸架彈簧的彈性和阻尼參數作為設計的向量X：X=[K，C]其中k代表彈簧的彈性系數，C代表阻尼系數。

1.1.2 確定目標函數。通常情況下，我們將震動的物理量作為汽車行駛的平順性的評價指標。其中以車身加速度均方根最為常用。當加速度均方根較大時往往會給人帶來不舒服甚至是健康受到損壞的影響。為此，我們確立有關的目標函數：

f（X）：

1.1.3 建立約束條件。為了保證能夠給駕駛帶來良好的平順性，這就需要轎車的懸架的設置相對較軟，將靜撓度h設置較大，同時受到結構的限制，需要對其進行合理的控制，因此在對懸架的彈性進行設計的約束為：

式中：m表示相對彈簧的等效懸掛質量；hR、hL分別表示懸架的靜撓度的上、下設計極限值。

通常來說，阻尼比ζ能夠用來評價震動的衰減速度的。設計區間：

式中：C標示阻尼系數；ζL、ζR分別表示阻尼比ζ的上、下約束。

由于當系統的固有頻率so得到降低的時候可以有效地減小車身振動的加速度，有利于建設汽車的舒適性。需要保證固有頻率滿足：

式中：SOL、SOR分別為固有頻率的上、下約束。懸架的限位行程[Dd]受到結構的影響不能夠過大，通常維持在7～9cm之間。為了確保懸架撞擊有限位塊的概率不超過0.3%；同時當車輪相對動載荷大于1時，車輪會出現和地面脫離的狀況帶來安全隱患。當車輪相對動載較大時就會對地面造成損壞。因此就需要將車輪脫離地面的可能性降低保持在不超過0.15%的范圍內。這就需要動撓度均方根和輪胎的相對動載均方根滿足：

σDjd≤[Dd]/3；σFjd≤1/3

由此可以將以上公式進行整合建立汽車懸架系統平順性的優化模型。

1.2 汽車平順性的區間優化

在工程設計中，人們已經逐漸意識到不確定性優化的重要性。事實上，不確定性研究工作的開展并不順利，這主要是由于傳統模式下的人們主要采用對參數的概率進行分析，這就需要將大量的概率方法應用到不確定問題中，這些概率往往需要大量的隨機變量測試進行分析，這就使得測試的工作量巨大成本較高完成的難度較大。此時區間數優化作為一種相對獨特的不確定優化方法，只需要進行較少的測試，通過較少的數據信息確定不確定因素的上、下界，有效地實現了經濟化和方便地工作完成。

1.3 汽車懸架系統振動模型區間優化的分析

接下來將本文涉及的優化方法應用到二自由度汽車懸架振動模型中進行應用。將車輛的振動模型懸架系統的參數進行設定和取值，當非懸掛物的質量為m1=40.5kg時，對四種本文主要研究的影響參數進行優化。將區間參數的不確定水平都確定為7%左右，設定相應的取值范圍，建立汽車平順性區間優化問題：

在實際運算的過程中，考慮約合的平均值，同時考慮平均值不同的影響情況。綜合來看，就需要將參數的不確定性水平的增加控制，因為RPDI值的增加意味著汽車懸架系統設計的困難性增加，這就需要盡量在設計過程中和測量過程中減小測量存在的誤差，將參數的不確定性控制在較小的范圍內，同樣我們還可以根據類似的方法對四自由度和七自由度進行設計。

2 汽車懸架系統平順性與操縱穩定性多目標優化工作

整車的多目標優化模型的建立過程需要綜合考慮到車身的質量因素以及各個輪胎的質量垂直自由度等各個因素。在這個過程中為了確保數據準確，可以利用建立數學模型的方法對此進行設計。根據相應原理列出力矩平衡的公式，并建立如圖1所示模型：

在設計的過程中考慮車身的側向力的作用，繞著側傾軸線進行傾斜作用，同時建立相應的微分方程。

并根據這個方程建立模型，見圖2。

在對整車進行布置的過程中需要通過改變穩定桿的直徑來調整橫向穩定桿的彈性。當線剛度已知的情況下，就可以根據相應的數值進行計算，得到懸架彈簧的傾斜角的剛度。對實際的轉向系統的結構，當轉向系統的輸入是以角度的形式呈現時，車輪的轉向的角度成為了另一個自由度。轉向的系統結構設計簡圖，同時得到相應的公式，加以平衡。其中簡圖設計如圖3所示：

當汽車進行正常的行駛的過程中，傾斜角較小時，角度和力呈線性關系分部。隨后對相應的參數進行合理的設計，建立多目標優化模型。事實上，當車身側傾角過大時會給駕駛員帶來一定的安全隱患，因此只有正確選取車身的垂直方向的加速度值才能保證系統的安全穩定。此時，將汽車轉向行駛過程中的車身側傾角作為目標函數，同時建立目標函數：

minf1（X）=σi（X）

minf2（X）=maxφ（X）

緩和沖擊和抑制振動恰好是兩個對立的關系，這就需要保證汽車在正常運行的前提下，對兩者進行調整。對懸架系統的彈簧的彈性和阻尼系數進行配比，保證能夠穩定的運作。同時，需要引起注意的是，橫向穩定桿的作用，為了防止車身在轉彎時出現過大的橫向的傾斜，這就需要設立相應的橫向穩定桿，增加懸架系統側傾角的剛度，降低了行駛過程中汽車的傾斜程度。針對各部分因素的不同影響，優化設計變量。

X=[k5，k6，c5，c6，φ1，φ2]

建立相應的約束條件，通過對區間分析對不確定性進行控制，建立相應的系統模型。汽車處于高速穩定下，隨著車速的不斷增加，側傾角速度也隨之增加，穩定時間更長，汽車更加穩定，更加具有平順性和操縱穩定性。

3 結語

本文通過利用區間的數學分析法，建立數學模型對不確定性因素加以分析，對參數進行優化和設計，有效地提高了汽車懸架系統的平順性和操縱穩定性。在實際操作過程中，還需要進行大量的實驗進行證實，確保穩定性和安全性，給汽車發展行業帶來更廣闊的市場和空間。

參考文獻

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