汽车悬架系统的仿真分析与参数优化设计

论文摘要

悬架是现代汽车的重要组成，它对汽车的平顺性、操纵稳定性、通用性及汽车寿命等多种使用性能有很大影响。 汽车是一个复杂的多自由度振动系统。对于多自由度模型，当自由度数取得越多时，理论上就越逼近真实系统。但系统自由度数的盲目增加意味着计算中要求测定的参数增多，为了描述汽车的运动，也就需要相当多的运动微分方程，众多相关联的微分方程无疑给描述汽车的行驶特性带来了困难。为了能掌握问题的本质，本文从计算精度及参数测定工作综合考虑，根据所研究问题的需要，最终选取建立相对比较真实的七自由度整车车辆模型。在所建七自由度模型的基础上，进一步对悬架的基本特性进行分析研究并实现对常见被动悬架的刚度和阻尼参数的多目标优化设计。具体工作内容如下： 1．悬架刚度和阻尼参数的非线性特性研究。汽车实际的行驶工况比较复杂，根据不同的行驶工况，汽车悬架参数应具有明显的非线性要求。本文通过理论分析，得出了满足乘坐舒适性的悬架理想阻尼和刚度特性要求，并在该理论分析的基础上，采用分段法，利用Matlab＼Simulink软件，对悬架刚度和阻尼的非线性特性进行了时域仿真分析。仿真结果表明，非线性悬架对车身的振动加速度具有很好的抑制作用，能提高车辆的乘坐舒适性。同时也明显看出悬架系统设计时车身加速度与悬架动行程两个指标相互制约的关系。 2．悬架刚度和阻尼参数的优化设计。由于成本及使用工况等原因，目前绝大多数汽车所采用的仍为被动悬架。对于被动悬架来说，其刚度和阻尼参数一旦确定就无法更改。而汽车行驶工况的复杂性，便决定了对汽车悬架刚度和阻尼初始参数进行优化设计的重要性。针对被动悬架的参数优化设计，以往的研究都是以抑制车身加速度提高人体舒适性为主，本文通过非线性的研究，明显看出车身加速度和悬架动行程在悬架设计中的相互制约关系，故本文特别引入加权组合法，根据仿真研究和对悬架刚度、阻尼分别对汽车振动响应影响的进一步分析，确定了汽车前后悬架参数多目标优化设计的目标函数(包括车身加速度及悬架动行程在内的十一个目标函数)及相应的各目标函数的权因子，利用工程计算软件Matlab进行优化计算，得到优化结果。通过对不同工况的仿真分析，优化后汽车车身振动加速度得到明显的抑制，同时悬架动行程也得到较好的控制，汽车的行驶平顺性得到改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 相关领域研究现状
• 1.2.1 汽车行驶平顺性研究
• 1.2.2 车辆悬架系统研究
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 悬架系统设计分析
• 2.1 悬架的组成
• 2.1.1 弹性元件
• 2.1.2 减振器
• 2.1.3 导向机构
• 2.2 悬架设计的性能要求
• 2.3 悬架设计目标参数的选择
• 2.4 悬架设计性能评价指标的选择
• 2.4.1 不舒适性参数（ACC）
• 2.4.2 悬架动行程（SWS）
• 2.4.3 轮胎动载荷（DTL）
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车—路面系统模型的建立
• 3.1 路面不平度
• 3.1.1 路面不平度的功率谱
• 3.1.2 空间频率功率谱密度与时间频率功率谱密度的转化
• 3.2 模型的选择
• 3.3 七自由度整车模型
• 3.3.1 模型说明
• 3.3.2 运动方程
• 3.3.3 性能评价
• 3.4 本章小结
• 第四章 悬架阻尼和刚度特性研究
• 4.1 悬架的理想阻尼和刚度特性分析
• 4.1.1 二自由度单轮车辆模型
• 4.1.2 悬架的理想阻尼特性分析
• 4.1.3 悬架的理想刚度特性分析
• 4.1.4 悬架刚度和阻尼的非线性表示
• 4.2 悬架非线性特性的时域仿真分析
• 4.2.1 计算机仿真
• 4.2.1.1 计算机仿真分类
• 4.2.1.2 Matlab及Simulink简介
• 4.2.2 路面输入模型
• 4.2.3 七自由度车辆仿真模型
• 4.2.4 系统输出
• 4.2.5 仿真结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 悬架阻尼和刚度参数优化设计
• 5.1 最优化设计理论
• 5.1.1 最优化问题的基本概念及分类
• 5.1.2 多目标规划的基本理论与方法
• 5.1.3 Matlab优化工具箱简介及优化设计流程
• 5.2 悬架参数对评价指标的影响
• 5.2.1 悬架刚度对振动响应的影响
• 5.2.2 悬架阻尼对振动响应的影响
• 5.3 悬架参数优化设计
• 5.3.1 目标函数的确定
• 5.3.2 设计变量的选取
• 5.3.3 约束条件的建立
• 5.3.4 优化计算
• 5.4 优化结果仿真分析
• 5.4.1 路面输入模型
• 5.4.2 七自由度车辆仿真模型
• 5.4.3 仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢