面向整车平顺性的商用车平衡悬架结构分析与优化设计研究

为研究平衡悬架板簧与车桥连接方式对整车平顺性的影响,以国产某重型商用车为研究对象,分别建立滑板座及橡胶墩连接方式下整车刚柔耦合动力学模型并进行平顺性仿真对比,数据揭示橡胶墩连接方式下整车平顺性优于滑板座状态但仍有改善空间.建立以中桥振动传递路径下多测点三向平顺性为目标函数、橡胶墩平动及旋转刚度系数为优化变量及平衡悬架动行程为约束条件的数学模型.应用多软件耦合计算方法将动力学模型、多岛遗传算法、优化变量、目标函数及约束条件集成于多学科优化平台以开展橡胶墩刚度优化.对比优化前后橡胶墩刚度参数下整车平顺性响应,结果表明:橡胶墩刚度参数优化后整车平顺性较优化前提升约9％且主要源于中高频振动降低.     

基于MATLAB的菱形客车平顺性研究

建立了菱形客车十一自由度整车模型,分析各设计因素对整车平顺性的影响,并以随机路面下各个乘员的垂直加速度为优化目标,各个悬架的动行程和各个车轮的相对动载为约束条件,运用遗传算法NSGA-Ⅱ对悬架参数进行优化设计。优化后菱形客车平顺性得到了提高,以此时的悬架参数为基础分析了菱形客车在脉冲路面下平顺性的变化规律。     

随机路面下菱形客车平顺性研究与优化

根据菱形客车独特的底盘布置方式,建立其十五自由度整车平顺性模型,利用MATLAB软件进行相应的分析和求解,并以各个乘员的垂向加权加速度均方根值为优化目标,各个悬架的动行程和各个车轮的相对动载为约束条件,运用遗传算法NSGA-Ⅱ对悬架参数进行了优化设计。优化结果表明,菱形客车平顺性在较大程度上得到了提高,优化后,各设计变量的取值具有很好的工程参考意义。     

悬架参数多目标性能优化

以多体动力学理论为基础,利用机械动力学分析软件ADAMS建立某轿车的整车虚拟样机模型。研究悬架系统对乘员舒适性及车辆对道路破坏程度的影响规律。根据行驶平顺性和道路友好性各自评价指标进行了数值计算,分析了行驶车速、悬架弹簧刚度和减振器阻尼对车辆平顺性和道路友好性的影响,最后得到了优化的悬架参数。通过比较优化前后的车辆对道路的动载荷,提出了对车辆悬架设计与使用方面的有益建议。     

重型牵引车驾驶室悬置与悬架参数的集成优化设计

针对汽车多变量集成优化平顺性和操纵稳定性的问题,以某重型车为研究对象,建立了带有驾驶室悬置和空气悬架的整车模型。以驾驶室悬置参数和悬架参数为变量,建立了多目标协同优化模型。利用理想参数修改法确定了6个最佳优化参数,运用响应面方法拟合出4个回归模型,并进行加权,得到优化目标的最优解和权重因子大小。与仅选择悬架参数进行优化设计的结果对比,集成优化后的驾驶室悬置与悬架参数更理想,平顺性和操纵稳定性改善较明显。     

基于ADAMS的货车悬架参数多目标性能优化

以多体动力学理论为基础,利用机械动力学分析软件ADAMS建立某轻型货车的整车虚拟样机模型,研究悬架系统对乘员舒适性及车辆对道路破坏程度的影响.对行驶平顺性和道路友好性各自的评价指标进行了数值计算,分析了行驶车速、悬架弹簧刚度和减振器阻尼对车辆平顺性和道路友好性的影响, 最后得到了优化的悬架参数.通过比较优化前、后车辆对道路的动载荷,提出了对车辆悬架设计与使用方面的有益建议.     

应用MATLAB对汽车悬架参数进行优化设计

在建立四自由度汽车悬架振动模型的基础上,应用Simulink动态仿真技术对悬架系统进行了动态仿真.得出了悬架系统在路面随机激励下的各种振动响应以及悬架参数对振动响应的影响因素.把各种振动响府作为优化目标函数,应用多目标数学规划理论、Matlab优化工具箱对悬架系统参数进行优化计算,得到优化结果.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明显改善.     

基于粒子群算法的越野车悬架参数优化

针对基于平顺性的悬架参数优化问题,建立了越野车后悬架系统参数优化的数学模型,包括优化变量、目标函数和约束条件,设计和应用了三种改进的粒子群算法,线性时变惯性权重粒子群算法、随机惯性权重粒子群算法和时变加速因子粒子群算法,来对车辆悬架平顺性进行优化,并与遗传算法对比。仿真结果表明,时变加速因子粒子群算法在收敛速度和收敛精度上都明显高于其他算法,优化后的车辆平顺性大大提高。     

基于整车平顺性的重载油气弹簧优化设计

从矿用车平顺性角度研究油气弹簧结构的设计和优化。建立参数化油气弹簧的非线性数学模型,将其引入至整车多体动力学模型,并分析该车在随机路面上的平顺性。根据平顺性的要求与该车簧载质量大的特点,选择簧载质量质心垂直振动加速度作为目标函数。针对该非线性整车悬架优化问题,采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法优化油气弹簧参数,提高整车平顺性。并用相同的方法优化简化半车振动模型,且将半车模型优化参数代入至整车模型进行对比分析。结果表明基于整车模型的悬架优化能获得更低的垂向加速度。     

具有双端质量的轻轨车辆悬架的振动响应性能设计

悬架是影响轻轨车辆行驶安全性和乘坐舒适性的重要组成部件。通过对传统轻轨车辆悬架进行分析,给出了以乘坐舒适性(车身垂直振动加速度)为目标函数的轻轨车辆悬架的振动响应性能指标。为了进一步提升悬架的振动响应性能,提出一种集成新型双端质量元件的轻轨车辆悬架结构。建立这种新型悬架的力学模型,采用状态空间模型方法,对新型轻轨悬架参数进行优化设计。结果表明,在最优参数条件下,应用双端质量的新型悬架在算例中其性能比传统轻轨车辆悬架提升了0.696%¹.942%。     

车辆悬架阻尼的神经网络优化设计与试验研究

建立了整车八自由度模型,提出了一种车辆悬架阻尼的神经网络优化设计方法。以某汽车为例,采用径向基函数神经网络对后悬架的阻尼进行了优化。在可调减振器的设计基础上,分别对车辆阻尼优化前后进行了试验,分析了车身与驾驶员座椅处的振动特性,计算与试验基本吻合。结果表明,阻尼优化后的车辆平顺性得到明显改善,为半主动悬架及控制系统的进一步研究奠定了基础。     

农用三轮摩托车平顺性仿真及优化设计研究

利用Adams/View建立三轮车的多刚体动力学模型,并在其中添加驾驶员模型,通过驾驶员控制方向把的转角对跑偏现象进行实时的反馈和调节,从而精确模拟实际车辆在道路上的行驶情况。然后对车辆的平顺性能进行仿真分析,得其振动的加速度,参考汽车的平顺性评价指标,对其平顺性进行评价。在此基础上,以驾驶员座椅垂向加速度均方根值作为目标函数,对三轮车的行驶平顺性进行优化设计,得到前后减振器的刚度、阻尼的最优值,使其乘坐舒适性得到大幅度提高。     

基于遗传算法的厢式货车平顺性优化

在RecurDyn中建立某厢式货车的整车多体动力学模型。基于离散梁法,建立整车模型中的钢板弹簧动力学模型,在板簧模型中,采用用户自定义子程序的方法为弹簧片间定义的三向力,可有效模拟簧片间的接触力和摩擦力,应用基于元模型的优化方法,对钢板弹簧模型的参数进行辨识;基于AR模型开发的路面不平度重构程序,可生成能够被RecurDyn调用的路面文件;进行该厢式货车整车平顺性试验,仿真和实车试验结果验证了所建整车模型的正确性;采用试验设计方法分析了悬架参数及驾驶室悬置参数对平顺性的影响,为平顺性优化时变量范围的选取提供了依据;提出一种采用批处理方式,通过ProcessNet集成AForge.Genetic组件实现遗传算法进行整车平顺性优化的方法,优化后驾驶员脚部地板处总加权加速度均方根值下降了9.35%,提高了厢式货车的平顺性能。     

Ride comfort evaluation and suspension design using axiomatic design

This study presents a theoretical formulation based on the axiomatic design (AD) approach to suspension systems for improving both ride comfort and static design factors (SDFs) of passenger vehicles. This approach was adapted to the kinematic design of suspension systems to create a decoupled or less coupled relationship between the functional requirements (FRs) and design parameters (DPs). SDFs related to wheel alignment and ride comfort are selected for FRs and suspension hardpoint positions are chosen for common DPs. A flexible commercial vehicle body model is used to mathematically express SDFs by defining the performance index and analyzing the dynamic characteristics for ride comfort evaluation. The sensitivity matrices are defined between the FRs and DPs. The SDF design sequences are proposed by using these matrices with the vehicle model. This study improves both ride comfort and SDFs by properly designing the kinematic DPs.     

基于神经网络的车辆空气悬架系统阻尼优化

在研究膜式空气弹簧结构参数和受力状况关系的基础上,建立了空气悬架车辆的柔性双质量振动模型,并对模型进行了仿真计算和分析.采用径向基函数神经网络,对空气悬架系统阻尼进行了不同负载工况下的多级优化.结果表明,空气悬架系统阻尼最优值随着载荷的减少而降低,优化阻尼后的车辆,在保证悬架行程的情况下,同时提高了平顺性和轮胎接地性能.     

Damping collaborative optimization of five-suspensions for driver-seat-cab coupled system

Both the seat and cab system of truck play a vital role in ride comfort. The damping matching methods of the two systems are studied separately at present. However, the driver, seat, and cab system are one inseparable whole. In order to further improve ride comfort, the seat suspension is regarded as the fifth suspension of the cab, a new idea of“Five-suspensions”is proposed. Based on this idea, a 4 degree-of-freedom driver-seat-cab coupled system model is presented. Using the tested cab suspensions excitations as inputs and seat acceleration response as compared output, the simulation model is built. Taking optimal ride comfort as target, a new method of damping collaborative optimization for Five-suspensions is proposed. With a practical example of seat and cab system, the damping parameters are optimized and validated by simulation and bench test. The results show the seat vertical frequency-weighted RMS acceleration values tested for the un-optimized and optimized Five-suspensions are 0.50 m/s2 and 0.39 m/s2, respectively, with a decrease by 22.0%, which proves the model and method proposed are correct and reliable. The idea of “Five-suspensions” and the method proposed provide a reference for achieving global optimal damping matching of seat suspension and cab suspensions.     

汽车乘员舱安全性与舒适性多学科设计优化

概念设计阶段汽车乘员舱的安全性和舒适性设计是关键任务,两者具有耦合效应,将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中实现两个学科的并行设计。针对某款车的乘员舱布置,在该车100%正面碰撞试验基础上,通过乘员损伤分析软件建立该车的正面碰撞乘员约束系统模型并对模型进行验证用于评估其安全性;同时也基于关节强度的概念建立乘员舒适性模型。将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中,避免了传统设计方法对安全性和舒适性的单独优化,实现了两个学科的并行设计,缩短了开发周期,最大化了乘员舱的整体性能。为提高计算效率,通过试验设计构建乘员约束系统的Kriging近似模型用于代替仿真模型。结果表明,该方法在较好地满足乘员安全性的同时提高了乘员的乘坐舒适性,在乘员舱布置方面具有较强的工程实用性。     

Annoyance rate evaluation method on ride comfort of vehicle suspension system

The existing researches of the evaluation method of ride comfort of vehicle mainly focus on the level of human feelings to vibration. The level of human feelings to vibration is influenced by many factors, however, the ride comfort according to the common principle of probability and statistics and simple binary logic is tmable to reflect these uncertainties. The random fuzzy evaluation model from people subjective response to vibration is adopted in the paper, these uncertainties are analyzed from the angle of psychological physics. Discussing the traditional evaluation of ride comfort during vehicle vibration, a fuzzily random evaluation model on the basis of annoyance rate is proposed for the human body＇s subjective response to vibration, with relevant fuzzy membership function and probability distribution given. A half-car four degrees of freedom suspension vibration model is described, subject to irregular excitations from the road surface, with the aid of software Matlab/Simulink. A new kind of evaluation method for ride comfort of vehicles is proposed in the paper, i.e., the annoyance rate evaluation method. The genetic algorithm and neural network control theory are used to control the system. Simulation results are obtained, such as the comparison of comfort reaction to vibration environments between before and after control, relationship of annoyance rate to vibration frequency and weighted acceleration, based on ISO 2631 / 1 （1982）, ISO 2631-1 （1997） and annoyance rate evaluation method, respectively. Simulated assessment results indicate that the proposed active suspension systems prove to be effective in the vibration isolation of the suspension system, and the subjective response of human being can be promoted from very uncomfortable to a little uncomfortable. Furthermore, the novel evaluation method based on annoyance rate can further estimate quantitatively the number of passengers who feel discomfort due to vibration. A new analysis method of vehicle comfort is presented.