基于平顺性的振幅相关减振器的结构参数优化

【摘要】汽车的不同性能对悬架阻尼的需求往往是矛盾的：欲提高乘坐舒适性，减小簧上质量的振动，应当使悬架阻尼设置得低一些；欲减小车轮相对动载荷及悬架动行程，应当使悬架阻尼设置得高一些；从整车的操纵稳定性方面考虑，欲达到减小转向时的车身倾角和转向响应时间的目的，也应该使悬架匹配得“硬”一些。汽车悬架阻尼的匹配一般是综合考虑整车各方面不同性能的折中方案。目前，液压式的普通减振器已经在汽车悬架上得到了广泛应用，但是其结构决定了其阻尼力仅取决于车身与车轮间的相对运动速度，减振器的速度特性相对比较固定，无法使其阻尼特性根据车辆的不同使用工况而作出相应的变化，因此难以调和车辆的操纵稳定性、行驶平顺性及安全性等不同性能之间的矛盾，要想使汽车各方面性能都达到最佳显得比较困难。汽车工业领域技术的不断进步，也使得主动悬架技术得到了长足发展。基于汽车行驶的各种参数以及路面状况，主动悬架可以不断地改变悬架的刚度以及阻尼以获得合适的悬架作用力，当然，其阻尼力也能够处于最佳的减振状态。但是，此种技术需要在车辆上安装复杂的传感器测试装置、能量源、执行机构和控制处理器。与普通被动悬架相比，其成本高昂，可靠性差，难以大规模的普及和应用。本文提出了一种阻尼特性随悬架运动幅值变化而变化的振幅相关减振器，当车辆在比较良好的路面上行驶时，此减振器可以提供较小的阻尼，保证良好的乘坐舒适性；当车辆正在转向或在颠簸路面上行驶时，此减振器可以提供较大的阻尼，保证良好的操纵稳定性和行驶安全性。通过区分车辆的不同行驶工况而提供不同的阻尼特性，此减振器可以较好地解决车辆的不同性能对悬架阻尼需求的矛盾。通过在一般被动减振器的活塞杆上附加中空腔和浮动活塞，这种振幅相关减振器能够实现减振器阻尼特性随振幅的改变而自动分档调整，不需要安装传感器和控制系统，易于在一般减振器的结构上改装而来，结构简单，成本低廉，既适于个人爱好者进行简单的悬架改装，也适于企业进行量化生产，从而获取良好的经济效益。本文旨在基于平顺性对振幅相关减振器的结构参数进行优化，工作主要分为四个方面：首先，建立原车减振器的理论模型，并与在减振器台架试验台上所进行的示功试验与速度特性试验的结果进行对比。建立振幅相关减振器的理论模型，并在此基础上建立基于实际结构的AMEsim等效液压模型。其次，基于理论建立某车型的垂向振动模型，以此来研究车辆的平顺性。再次，以不同工况下的加权加速度均方根值乘以工况占比，并使其总和最小作为优化模型的优化目标，选取减振器的相关结构参数作为优化变量并给定优化变量的范围，为了保证车辆的操纵稳定性及安全性将车轮相对动载及悬架动行程约束在一定范围内，以此建立基于车辆平顺性的优化模型。最后，凭借MATLAB软件的数据处理能力以及iSIGHT软件的优化能力，利用多岛遗传算法对减振器的结构参数进行优化。根据优化结果，将减振器代入车辆振动模型，并与原车减振器进行对比，验证振幅相关减振器对车辆平顺性的改善效果。
【作者】吴建飞；
【导师】郭孔辉；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】振幅相关；减振器；结构参数优化；平顺性；

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