车辆悬架系统的优化设计分析

成彬

摘 要 本文围绕液压式车辆主动悬架展开深入探究，对汽车中常见的控制力输出不足问题加以分析，并据此对液压作动器展开设计、试验，促进汽车整体的主动减震效果。

关键词 液压;主动悬架;混合控制策略

前言

人们将悬架按其功能，分成被动、半主动和主动三种。本文主要结合主动悬架展开分析。1955年开始出现主动悬架思想，其最初应用是在2cv型的雪铁龙车中。主动悬架的设计是为了解决被动悬架中存在的一些问题，选择可控的能对参数随机进行调节，并完成信号处理功能的器件取缔传统悬架，让汽车在行驶中保持稳定。主动悬架包括传感器、控制器、执行机构，跟汽车系统构建一个闭环控制系统。控制器是其中的管理和信息处理中心，负责接收所有的传感器信号，并结合相应规律还有控制方法来完成机构的动作，调整车身的运动形态，以实现减振目标。在主动悬架控制期间，其控制质量控制算法是决定性因素。其执行机构包括生成力与力矩的做功组件和外加动力源[1]。主动悬架现阶段主要以并联式和独立式形式出现，其中并联式主动悬架主应用较为广泛，需要在被动悬架的前提下增添一个驱动器展开优化，相当于在被动悬架的前提下补充能量，这样一来能源的消耗量就少，就算是主动悬架出现问题，也可由被动悬架接着工作。独立式主动悬架作动器的连接需要由悬置质量和非悬置质量实现，作动器通过这种方式能吸收、补充能量，这种悬架原理相对简单，但其能量消耗迅速，只要主动悬架发生故障，就不能正常工作。

1车辆悬架系统建模

构建如下模型对含减振元件惯容器的车辆悬架系统展开动力学响应分析。

上图的模型可用以下动力学方程表示：

这里的ms、mu分别表示簧载质量与非簧载质量;F表示惯容器两端承受的力;ks、cs分别表示主弹簧刚度与主阻尼系数;kt表示轮胎刚度;b表示惯性系数;ki、ci分別表示副弹簧刚度与副阻尼系数;xs表示车身垂向位移;xb表示惯容器发生的垂向位移;xu、xt分别表示轮胎与路面发生的垂向位移。系统最终输出的。

2优化设计

（1）优化悬架参数。为进一步强化车辆悬架的整体减振性能，对副弹簧刚度ki、惯质系数b，还有副阻尼系数ci需要通过遗传算法展开参数优化。对悬架动行程、车身加速度，还有轮胎动载荷指标，展开综合考虑后，得到的适应度函数，参数优化后：b=223kg，ki=8.48kN/m，ci=1.559kN·s/m。

（2）衬套优化选型。在ADAMS/car仿真软件中构建多体动力学的悬架系统模型，以验证模型是否正确，并令设计参数原始值cb=0.50N·s/mm，kb=450N/mm。当频率的增加大时，计算功率流结果和仿真得到的数据呈现出差不多的变化趋势，也就是说模型是正确的。

3数值仿真

（1）悬架模型的动力学响应。为体现悬架参数通过遗传算法优化后对系统综合减振效果的影响，跟没有优化时的设计参数对应的系统动力学响应做对比，将车辆悬架系统优化前后对应的动力学响应展开对比分析[2]。参数优化前后车辆悬架系统的动力学响应。通过对比能看出，加速度、悬架动行程、轮胎动载荷等在优化后都有了明显改善，也就是说车辆悬架系统在经过优化后，其综合减振性能确实有了明显的提升。

（2）衬套参数带给功率传递的影响。因橡胶材质比较特殊，需要经由测试对橡胶衬套的动态特性予以确认，通过模拟具体工况，在专用设备上展开测试.若是一味地通过优化方法来优化设计衬套的刚度与阻尼，得到的参数也许生产周期会过长，或者不适于生产，这样一来优化设计就失去意义了.故而，在实际应用期间结合衬套现有的参数展开优化，能让悬架衬套的参数真正实现优化匹配。车辆悬架市场上现阶段的三种主流产品，其具体衬套参数见表1。

按上表显示的刚度值和阻尼系数，利用振动功率流理论，对衬套参数变化带给系统振动功率的影响展开探究，当振动频率在0～1Hz范围内时，衬套刚度发生变化时基本不会影响车身的振动功率;当振动频率在0～50Hz范围内时，功率流谱在刚度300N/mm时要比另外两种刚度对应的功率流谱明显低一些。当衬套阻尼系数变大时，对应的功率流振幅也会随之减小，在0～50Hz的频率范围内，阻尼系数为2.0N·s/mm时的功率流要比另外两类对应的功率流明显低一些。

4结束语

参数经过优化后，明显比优化前要好。车辆悬架系统经过优化后，其综合减振性能提升得十分显著。借助理论计算和仿真数据得到悬架系统的两种功率流图像，二者呈现出一致的变化趋势，充分说明所建模型是完全正确的。单就减振性能而言，类型3的衬套明显优于衬套1、2，适合应在车辆悬架减振系统中。

参考文献

[1] 迟媛，任洁，王勇.车辆液压主动悬架系统的设计与性能研究[J].液压与气动，2016（12）：16-24.

[2] 周辰雨，余强，赵轩.主动悬架LQG控制及其液压参数研究[J].中国科技论文，2017（16）：1841-1847.