被动天棚阻尼悬架系统参数优化研究

李洋 杨腾 高倩 胡凯

摘要：尝试一种三元件ISD悬架结构，建立四分之一悬架模型，运用多目标函数优化结构的参数，对比分析了传统被动、优化前后ISD三种悬架系统的性能。结果表明，优化后的ISD悬架的车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程均方根值都不同程度的减小，说明经参数优化的ISD悬架可有效改善驾驶和乘坐体验。

关键词：惯容器；车辆悬架；参数优化

1.引言

“惯容器-弹簧-阻尼”悬架体系的确立突破了传统被动悬架的性能瓶颈，进一步拓展了经典隔振理论，使得理想天棚阻尼的被动实现成为可能[1-2]。原有ISD悬架元件较多，阶次较高，结构复杂，不适于实车试验和應用。因此，探索并开发一种元件少、阶次低、适于实车布置同时性能较好的新型ISD悬架系统变的很有必要。

本文以“惯容器-弹簧-阻尼”结构的ISD悬架为模型，利用机电相似理论和阻抗分析的方法，建立四分之一车辆悬架模型，使用MATLAB进行分析ISD悬架的动态特性，同时尝试多种结构后运用MATLAB优化函数进行传统被动天棚阻尼悬架各项评价参数的优化。

2.被动ISD悬架模型

2.1. 悬架系统建模

应用机械阻抗法建立四分之一车辆悬架模型如图1所示。其运动微分方程为

3.多目标悬架参数优化

传统被动悬架由悬架参数的确定己有成熟的方法和理论。以“惯容器-弹簧-阻尼器”三元件为结构基础的ISD悬架，如何确定其参数来使悬架的性能进一步的提高，尚未有成熟的方法和理论。

而在确定悬架参数的过程中，一方面，以“惯容器-弹簧-阻尼器”为结构基础的悬架是一个多参数的优化问题；另一方面，要确保车辆悬架的三个性能指标各自最优与彼此皆优的平衡关系，便形成一个多目标的优化问题。使用多目标优化函数对悬架性能进行优化，先将三个性能指标统一为一个目标函数并选取加权因子为2.92，1.49，0.36。选取某成熟轿车后悬架作为研究对象，其优化参数如表1所示：

4.各个悬架模型性能仿真分析

在MATLAB环境下选取车速为20m/s，对传统天棚阻尼悬架和降阶优化过后的悬架模型进行仿真，以车身加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷均方根值为性能评价指标，仿真结果如图3所示。

由图3可知，优化结构与传统结构相比在低频段三种性能有较大的提升。高频段车身加速度与悬架动行程与均与传统悬架相仿，保证了其在高频阶段的乘坐舒适性。轮胎动载荷在高频阶段大幅下降保证了车辆的驾驶安全性。其相应性能均方根值如表2所示。

由表2可知，与传统悬架相比，ISD结构与优化结构车身加速度均方根值分别减小了3.5%和7.3%，轮胎动载荷均方根值分别减小了0.37%和12.4%，悬架动行程均方根值分别增加了0.28%和减少了13.2%。实现了性能的全面优化。

5.结论

（1）与传统被动悬架相比，加入惯容器的三元件ISD 悬架的车身加速度、轮胎动载荷均方根值都不同程度的减小，悬架动行程均方根值略有增大。实现对传统被动悬架的主要性能的优化。

（2）从数据对比来看，本次参数优化后的ISD悬架在三种悬架主要性能指标上有有着不错的提升，降阶优化效果显著

参考文献

[1]张孝良，聂佳梅，汪若尘，等.基于惯容-弹簧-阻尼结构体系的被动天棚阻尼悬架系统[J].农业机械学报，2013，44（10）：10-14.

[2]张孝良.理想天棚阻尼的被动实现及其在车辆悬架中的应用[D].江苏：江苏大学，2012

[3]杨晓峰，沈钰杰，陈龙，汪若尘，孙晓强.基于动力吸振理论的车辆ISD悬架设计与性能分析[J].汽车工程，2014，36（10）：1262-1266+1277.

[4] 喻凡，林逸 . 汽车动力学 [M]. 北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：江苏大学）