本發(fā)明屬于車輛懸架系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域，尤其是對于應(yīng)用慣容器技術(shù)的懸架系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計優(yōu)化。本發(fā)明涉及一種車輛慣質(zhì)懸架的設(shè)計方法，特指一種車輛慣質(zhì)懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
：懸架是汽車的車架與車橋(或車輪)之間的一切傳力連接裝置的總稱，其作用是傳遞作用在車輪和車架之間的力和力扭，并且緩沖由不平路面?zhèn)鹘o車架或車身的沖擊力，并減少由此引起的振動，以保證汽車能平順地行駛。懸架是車輛底盤的關(guān)鍵系統(tǒng)，其性能對車輛整體性能至關(guān)重要，在動力學(xué)性能開發(fā)過程中具有極為重要的作用。參數(shù)優(yōu)化是達到設(shè)計目標(biāo)的一種方法，通過將設(shè)計目標(biāo)參數(shù)化，采用優(yōu)化方法，不斷的調(diào)整設(shè)計變量，使得設(shè)計結(jié)果不斷接近懸架性能優(yōu)化的最佳值。汽車懸架系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的好壞直接影響到汽車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。因此，采取一種高效便捷的優(yōu)化設(shè)計方法，選取合適的懸架參數(shù)，使車體的振動加速度達到最小，是汽車設(shè)計的一個重要問題。劍橋大學(xué)學(xué)者SMITH于2003年提出了慣容器的思想，并設(shè)計出齒輪齒條式慣容器與滾珠絲杠式慣容器后，實現(xiàn)了機械與電子網(wǎng)絡(luò)之間嚴(yán)格的對應(yīng)，在原有彈簧阻尼兩元件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加慣容器設(shè)備，實現(xiàn)既能夠緩沖并衰減高頻振動和沖擊，也能緩沖并衰減低頻振動和沖擊的隔振結(jié)構(gòu)?？朔嘶趥鹘y(tǒng)隔振理論的隔振系統(tǒng)不能解決隔振效果的優(yōu)異性與設(shè)備工作空間、動載荷之間矛盾的問題。慣質(zhì)懸架將慣容器應(yīng)用于懸架領(lǐng)域，使得懸架設(shè)備在全頻域都具有較好的隔振性能。中國專利CN201410493332.8公開了一種汽車懸架系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化方法，針對汽車懸架系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計中行駛平順性和操縱穩(wěn)定性兩個目標(biāo)相互矛盾的問題，建立汽車懸架系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化模型。提出了基于遺傳算法的懸架剛度、橫向穩(wěn)定桿剛度以及懸架阻尼參數(shù)的優(yōu)化匹配方法，以車身加速度均方根值和車身側(cè)傾角最小為優(yōu)化目標(biāo)，以懸架偏頻和不足轉(zhuǎn)向增益等性能指標(biāo)為約束，優(yōu)化結(jié)果使汽車整體性能明顯改善。但是，多目標(biāo)遺傳算法容易在局部收斂，并不能保證始終獲得全局最優(yōu)解，在增加了慣容器元件之后，懸架參數(shù)變多，使整個模型進一步復(fù)雜化，采用傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，其優(yōu)化結(jié)果將更加不理想。技術(shù)實現(xiàn)要素：基于以上原因，本發(fā)明提供了一種車輛慣質(zhì)懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，可以運用此方法對懸架參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，確定懸架參數(shù)的最優(yōu)解域，并有效解決現(xiàn)有優(yōu)化方法收斂于局部最優(yōu)解的問題。該方法可以自行設(shè)計車輛懸架性能的評價指標(biāo)，并根據(jù)需要進行精度的調(diào)節(jié)，以獲得最佳的優(yōu)化效果。為達成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種車輛慣質(zhì)懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：步驟1)，根據(jù)所需研究的懸架結(jié)構(gòu)建立對應(yīng)的車輛單輪動力學(xué)懸架模型；步驟2)，確定所研究懸架車型的基本參數(shù)以及路面輸入?yún)?shù)，包括簧上質(zhì)量ms，簧下質(zhì)量mu，輪胎剛度kt，路面不平度系數(shù)G0，下截止頻率f0以及車速u；步驟3)，確定設(shè)計所需的參數(shù)變量及其范圍，包括彈簧剛度k，阻尼系數(shù)c，慣質(zhì)系數(shù)b，后面的仿真將依據(jù)此限定所優(yōu)化參數(shù)的上下限數(shù)值；步驟4)，將所選取的變量進行歸一化處理，因為懸架系統(tǒng)各元件的參數(shù)單位不同，故需要先將其無量綱化，選取一個統(tǒng)一的范圍[0,A]，將懸架各元件參數(shù)進行無量綱化，再確定其精度α；無量綱化之后將參數(shù)分為了個數(shù)值，后面的仿真將依據(jù)此確定所優(yōu)化參數(shù)的精度；步驟5)，依據(jù)所優(yōu)化的目的，建立懸架系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系，包括車身加速度、懸架動行程、輪胎動載荷；步驟6)，對不同參數(shù)的懸架模型進行仿真，得到各個參數(shù)下的仿真結(jié)果；步驟7)，對結(jié)果進行對比分析，記錄最優(yōu)解；步驟8)，確定最優(yōu)解所組成的最優(yōu)解域，判斷此解域是否達到所設(shè)計目標(biāo)，若滿足條件則結(jié)束優(yōu)化過程，否則轉(zhuǎn)步驟9)；步驟9)，分析最優(yōu)解域的仿真結(jié)果，總結(jié)不符合設(shè)計目標(biāo)的原因，采取改變參數(shù)變量范圍轉(zhuǎn)步驟3)，或修改懸架系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系轉(zhuǎn)步驟5)的方法重新進行優(yōu)化設(shè)計。進一步，所述步驟1)中，根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)建立對應(yīng)的懸架四分之一模型，列出其動力學(xué)方程為：msz··s+k(zs-zu)+c(z·b-z·u)=0muz··u+kt(zr-zu)-k(zs-zu)-c(z·b-z·u)=0u=c(z·b-z·u)=b(z··s-z··c)]]>其中，zs為簧上質(zhì)量的位移，zu為簧下質(zhì)量的位移，zr為路面激勵的位移，zb為慣容器兩端的位移,u為慣容器所受力。進一步，所述步驟3)中，所需確定的參數(shù)變量可以為一個、兩個或者多個；為了直觀的得到參數(shù)解域，一般將參數(shù)限定在3個及三個以下，當(dāng)參數(shù)變量較多時，可以采用靈敏度分析，先篩選出對懸架性能影響較大的三個參數(shù)，對其進行優(yōu)化設(shè)計，其余參數(shù)依據(jù)經(jīng)驗值人為選取較為合理的參數(shù)即可。進一步，所述步驟4)中，因為懸架系統(tǒng)各元件的參數(shù)單位不同，故需要先將其無量綱化，選取一個統(tǒng)一的范圍[0,A]，A＝10，將懸架各元件參數(shù)進行無量綱化。進一步，所述步驟4)中，所確定的精度α是對不同參數(shù)選取同一α，或者根據(jù)經(jīng)驗對不同的參數(shù)選取不同的α值。進一步，所述步驟5)中，懸架系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系為車身加速度、懸架動行程、輪胎動載荷之中的一個單一指標(biāo)，或者是對其中2個或者3個指標(biāo)進行加權(quán)得到的綜合性能評價指標(biāo)。進一步，采用靈敏度系數(shù)作為懸架參數(shù)靈敏度的評價標(biāo)準(zhǔn)，計算公式如下：Si=dz··dpi]]>Si——第i個懸架參數(shù)靈敏度；pi——第i個懸架參數(shù)變化百分比，參數(shù)中心值；——懸架性能評價量化值。進一步，該方法可以優(yōu)化各種結(jié)構(gòu)的慣質(zhì)懸架。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠快速、準(zhǔn)確的求解出懸架參數(shù)的最優(yōu)解域，再根據(jù)所需精度要求進行進一步的參數(shù)優(yōu)化。同時，該方法可以避免現(xiàn)有諸多優(yōu)化算法局部收斂的問題，可以通過全局最優(yōu)解域選取最佳參數(shù)。對于懸架設(shè)計及其性能的研究都提供了一種新的方法與思路，尤其對于多元件的慣質(zhì)懸架，由于增加了慣性元件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜化，傳統(tǒng)優(yōu)化方法不能很好的得出最優(yōu)解，而本發(fā)明所述方法能夠根據(jù)需要，快速準(zhǔn)確的得出最優(yōu)解域。附圖說明圖1為所述一種車輛慣質(zhì)懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法流程圖；圖2為所述方法的實施例一中所采用的懸架結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖2實施例一中結(jié)構(gòu)的慣質(zhì)懸架的四分之一模型示意圖；圖4為本發(fā)明實施例一所求解出歸一化的可優(yōu)選參數(shù)解域；圖5為本發(fā)明實施例一所求解出的可優(yōu)選參數(shù)解域；圖6為采用本發(fā)明所述方法優(yōu)化出的參數(shù)設(shè)計的慣質(zhì)懸架與傳統(tǒng)懸架性能對比時域圖，其中(a)為車身加速度時域圖，(b)為懸架動行程時域圖，(c)為輪胎動載荷時域圖；圖7為采用本發(fā)明所述方法優(yōu)化出的參數(shù)設(shè)計的慣質(zhì)懸架與傳統(tǒng)懸架性能對比頻域圖，其中(a)為車身加速度頻域圖，(b)為懸架動行程頻域圖，(c)為輪胎動載荷頻域圖；圖8為所述方法的實施例二中所采用的懸架結(jié)構(gòu)圖；圖9為實施例二中結(jié)構(gòu)的慣質(zhì)懸架的四分之一模型示意圖；圖10為對實施例二中結(jié)構(gòu)懸架參數(shù)進行靈敏度分析所得的結(jié)果；具體實施方式下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。圖1為所述一種車輛慣質(zhì)懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法流程圖，圖2為所述方法的實施例一中所采用的懸架結(jié)構(gòu)。以此為例進行懸架參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。步驟1)，根據(jù)圖2所示的懸架結(jié)構(gòu)，建立對應(yīng)的懸架四分之一模型，如圖3所示并列出其動力學(xué)方程為：msz··s+k(zs-zu)+c(z·b-z·u)=0muz··u+kt(zr-zu)-k(zs-zu)-c(z·b-z·u)=0u=c(z·b-z·u)=b(z··s-z··c)---(1)]]>其中，zs為簧上質(zhì)量的位移，zu為簧下質(zhì)量的位移，zr為路面激勵的位移，zb為慣容器兩端的位移,u為慣容器所受力。步驟2)，確定所研究車型的基本參數(shù)以及路面輸入，如表1所示。表1車型基本參數(shù)表步驟3)，確定設(shè)計所需的參數(shù)變量及其上下限范圍，如表2所示。表2優(yōu)化參數(shù)取值范圍該步驟中，所需確定的參數(shù)變量可以為一個、兩個或者多個；為了直觀的得到參數(shù)解域，一般將參數(shù)限定在3個及三個以下，當(dāng)參數(shù)變量較多時，可以采用靈敏度分析，先篩選出對懸架性能影響較大的三個參數(shù)，對其進行優(yōu)化設(shè)計，其余參數(shù)依據(jù)經(jīng)驗值人為選取較為合理的參數(shù)即可。步驟4)，將所選取的變量進行歸一化處理，先將其無量綱化，選取一個統(tǒng)一的范圍[0,A]，將懸架各元件參數(shù)進行無量綱化，本實施例取A＝10，則歸一化之后的參數(shù)范圍均變?yōu)閇0,10]，再選取精度α＝0.1，則每一個變量范圍都被選出100個數(shù)值在后面進行仿真，當(dāng)然，也可以根據(jù)經(jīng)驗對不同的參數(shù)選取不同的α值。步驟5)，建立懸架系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系：采用傳統(tǒng)懸架作對比，選取其參數(shù)：彈簧剛度k＝190kN/m，c＝1500N·s/m，記傳統(tǒng)懸架車身加速度均方根為RMS_BA0＝2.1065，懸架動行程均方根為RMS_SWS0＝0.0206、輪胎動載荷均方根為RMS_DTL0＝0.9284；所設(shè)計懸架車身加速度均方根為RMS_BA，懸架動行程均方根為RMS_SWS、輪胎動載荷均方根為RMS_DTL；選擇的優(yōu)化目標(biāo)條件為慣質(zhì)懸架性能的三個評價指標(biāo)(車身加速度均方根RMS_BA、懸架動行程均方根RMS_SWS、輪胎動載荷均方根RMS_DTL)均優(yōu)于傳統(tǒng)懸架，即：RMS_BA<RMS_BA0&&RMS_SWS<RMS_SWS0&&RMS_DTL<RMS_DTL0(2)其中，&&表示且的關(guān)系。步驟6)，對不同參數(shù)下的懸架模型在Matlab/Simlink等軟件下進行仿真，得到各個參數(shù)下的仿真結(jié)果，即車身加速度均方根RMS_BA、懸架動行程均方根RMS_SWS、輪胎動載荷均方根RMS_DTL的具體數(shù)值，將滿足評價指標(biāo)體系的參數(shù)選擇出來；步驟7)，對結(jié)果進行對比分析，記錄最優(yōu)解。將最優(yōu)解的歸一化后的參數(shù)進行還原，并將還原前后的懸架參數(shù)、評價指標(biāo)的具體值記錄進一個表里便于后面的分析研究；步驟8)，確定最優(yōu)解所組成的最優(yōu)解域，判斷此解域是否達到所設(shè)計目標(biāo)，若滿足條件則結(jié)束優(yōu)化過程，否則轉(zhuǎn)步驟9)；步驟9)，分析最優(yōu)解域的仿真結(jié)果，總結(jié)不符合設(shè)計目標(biāo)的原因，如：懸架參數(shù)選取不合理、對評價指標(biāo)的要求過高、懸架結(jié)構(gòu)不合理等。采取改變參數(shù)變量范圍(轉(zhuǎn)步驟3)或修改懸架系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系(轉(zhuǎn)步驟5)的方法重新進行優(yōu)化設(shè)計。如圖4所示，即為本發(fā)明實施例所求解出的可優(yōu)選參數(shù)解域的歸一化結(jié)果，再將其轉(zhuǎn)換回原始參數(shù)值，得到圖5。圖5中包絡(luò)線所圍成的區(qū)域即為優(yōu)化的參數(shù)解域，具體設(shè)計時可以從中選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)進行設(shè)計制造，或者進一步提高對所建模型的要求，提高精度進行進一步的優(yōu)化。圖6為采用本發(fā)明所述方法優(yōu)化出的參數(shù)設(shè)計的慣質(zhì)懸架與傳統(tǒng)懸架性能對比時域圖，其中(a)為車身加速度時域圖，(b)為懸架動行程時域圖，(c)為輪胎動載荷時域圖。圖7為采用本發(fā)明所述方法優(yōu)化出的參數(shù)設(shè)計的慣質(zhì)懸架與傳統(tǒng)懸架性能對比頻域圖，其中(a)為車身加速度頻域圖，(b)為懸架動行程頻域圖，(c)為輪胎動載荷頻域圖。所求解域的結(jié)果可以直觀形象的表示出來，無需繁瑣的篩選過程?？梢钥焖佟⒕_的求出參數(shù)的最優(yōu)解域。本發(fā)明不僅可以針對簡單三元件懸架模型進行優(yōu)化設(shè)計，對于復(fù)雜的多元件結(jié)構(gòu)，也能夠做到有效的優(yōu)化設(shè)計。如圖8所示，為所述方法的實施例二中所采用的懸架結(jié)構(gòu)圖，圖9為實施例二中結(jié)構(gòu)的慣質(zhì)懸架的四分之一模型示意圖。該結(jié)構(gòu)為五元件結(jié)構(gòu)，是兩級隔振，含有的元件較多，為了在優(yōu)化設(shè)計中重點考慮對輸出結(jié)果影響較大的參數(shù)，從而提高優(yōu)化效率，考慮對懸架參數(shù)進行靈敏度分析，即通過數(shù)值仿真，分析懸架局部單一參數(shù)變化對整個懸架系統(tǒng)性能的影響程度。采用靈敏度系數(shù)作為懸架參數(shù)靈敏度的評價標(biāo)準(zhǔn)，計算公式如下：Si=dz··dpi---(3)]]>Si——第i個懸架參數(shù)靈敏度pi——第i個懸架參數(shù)變化百分比，參數(shù)中心值——懸架性能評價量化值(此處取車身加速度均方根變化百分比)通過仿真計算，得到懸架參數(shù)靈敏度分析結(jié)果如圖10所示，仿真結(jié)果顯示彈簧k2，阻尼c1，c2，對懸架性能影響較大，故只對k2，c1，c2三個參數(shù)進行設(shè)計優(yōu)化，方法同實施例一，在此不做贅述。以上結(jié)果表明，所設(shè)計的慣質(zhì)懸架性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)懸架。采用本發(fā)明方法優(yōu)化得到的慣質(zhì)懸架在滿足車輛行駛安全性和控制懸架撞擊限位概率的要求下,可使車身加速度均方根值得到明顯降低，車輛行駛平順性得到進一步提高。所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3