輪式車輛半主動懸掛系統動態特性研究

王 強，陳 敏，蔡青格

（63981部隊，武漢 430311）

輪式車輛半主動懸掛系統動態特性研究

王 強，陳 敏，蔡青格

（63981部隊，武漢 430311）

本文簡要介紹目前輪式車輛常用的三種懸掛，對比三種懸掛的系統特性，分析半主動懸掛的優點。以半主動懸掛為研究對象，利用最優控制方法建立，建立輪式車輛半主動懸掛的整車模型，推導半主動懸掛整車模型的狀態方程，并利用非經典模態分析法對輪式車輛半主動懸掛進行了推導得到矩陣方程，為后續研究打下基礎。

半主動懸掛；整車模型；狀態方程

1 前言

懸掛系統起著彈性連接車架與輪胎、減緩和衰減不同道路情況顛簸而引起的沖擊振動，確保車輛行駛平穩與駕駛人員的舒適性。性能良好的懸掛應滿足車輛高速機動性、高通過性和高乘員舒適性［1］。

被動懸掛系統：主要由彈簧和減振器組成，減振器的阻尼力隨著振動速度的增大而增大，振動頻率增加，等效剛度增大，對高頻衰減能力降低，不能隨著路面情況的變化進行調節，結構簡單，減振效果一般。

主動懸掛系統：懸掛系統中加入有源可控元件—作動器，按照控制規律產生合適的懸掛力，抑制振動，它由執行機構和決策機構構成閉合控制系統，結構復雜，減振效果優異。

半主動懸掛系統：使阻尼器按照路線和車輛實際情況調整阻尼的大小，做到無極調節，避免了主動懸掛中高成本的作動器和復雜的能量控制系統，結構相對簡單，減振效果好。

半主動懸掛相對于被動懸掛在減震效果上有明顯的優勢，在達到接近主動懸掛性能的同時，又具備結構簡單、成本低廉、能耗較低等特點，具有良好的工程應用前景，已成為車輛工程領域的研究熱點。彭志召對半主動懸掛的頻域控制算法進行了研究［2］，陳兵對履帶車輛的半主動懸掛的仿真進行了分析等。本文將以半主動懸掛為研究對象，利用最優控制方法建立半主動懸掛整車模型，通過非經典線性系統模型分析法對整車狀態方程進行研究和分析。

2 模型建立

目前對半主動懸掛系統的研究多采用四分之一車體或者半車模型，雖然能夠分析，但是和實際工況的響應有著一定的出入，為符合實際運行情況下輪式車輛懸掛的減振效果，考慮車體質心振動和各個車輪輪心自由度的相關性。

假設車身為剛性的，在垂直方向，左右傾斜，前后俯仰方向有三個自由度，通過懸掛系統與車身連接的四個輪子簡化成質點，由此組成七個自由度的系統，由動力學理論可得其動力學方程為：

為了更明確的表達系統的振動，用狀態方程形式表達得：

用加速計測算出垂直方向的運動（例如

和

這樣就得到了輪式車輛半主動懸掛系統整車的狀態方程：

得到狀態方程后可對車輛進行力學系統狀態的分析，為后續懸掛的研究和優化提供基礎。

3 模態分析

由于半主動懸掛阻尼器可以調節，不能用經典線性力學系統進行分析，因此采用非經典模態分析法

由公式（3）可得半主動懸掛系統整車模型無外激勵情況下的狀態方程：

在半主動懸掛系統中可采用LQR優化算法，得到反饋增益矩陣。可得：

以矩陣形式表示可得：

通過對以上分線性系統模態分析方法的分析得到了輪式車輛半主動懸掛矩陣方程，推導分析可以得到系統的特征值和特征向量。

4 總結

本文以輪式車輛為研究對象，建立整車模型，推導出整車的狀態方程，再通過非經典模態分析法，得到矩陣方程，可進一步了解整車模型的固有特性和靈敏度。以此為依據考察個參數對整個懸掛系統減振效果的影響，為后續的優化設計體統理論依據。

［1］陳家瑞，馬天飛.汽車構造［M］.北京：人民交通出版社，2009：226-242.

［2］彭志召，張進秋，張雨等.車輛半主動懸掛的頻域控制算法［J］.裝甲兵工程學院學報，2013，27（04）：36-42.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.221