汽车悬架动力学分析及优化

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作为整车系统中重要的子系统,悬架的性能好坏直接影响到车辆的操纵稳定性、平顺性以及行驶的安全性能。悬架的K&C特性和减振器的阻尼特性是悬架设计开发中的重点内容。以某款SUV底盘系统作为研究对象,通过多体动力学建模对其进行了K&C特性分析,综合灰色关联度和TOPSIS方法对悬架硬点进行了多目标优化,并讨论了减振器阻尼非线性对平顺性的影响。根据测量所得的相关动力学建模参数,利用ADAMS多体动力学软件对麦弗逊前悬架、多连杆后悬架、转向系、车轮等汽车关键子系统进行建模,并搭建了前后悬架以及整车的仿真模型;对悬架的K&C特性进行仿真分析,并结合试验结果对所搭建的悬架模型的准确性进行了验证,仿真结果表明,该车前后悬架的抗点头率较低,且前束角和外倾角等与轮胎磨损相关的性能指标仍有一定的改善空间。针对K&C仿真结果中悬架抗点头率低以及轮胎磨损问题,以前束角、外倾角、车轮纵向和侧向位移随轮跳的变化率、抗点头率、阿克曼百分比等悬架性能指标作为优化目标,对悬架硬点进行优化。基于对前悬架和转向系统的15个硬点坐标为变量的灵敏度分析,使用熵权法和主观赋值的方法确定各指标的权重,综合灰色关联度和TOPSIS方法筛选出综合贡献度系数较大的6个硬点坐标为设计变量,从而构建优化设计模型。使用ISIGHT软件结合NSGA-Ⅱ算法,获得Pareto最优解集,最终确定悬架和转向系统硬点布置的优化方案。经过优化,悬架的抗点头性能和轮胎磨损相对于初始设计有着明显的改善。为探讨减振器阻尼的不对称性和曲线形状对平顺性的影响,以具有普遍性参数的四自由度半车模型为研究对象,分析不对称阻尼特性在凸块脉冲、凸块圆弧阶跃、凸块振荡阶跃、凹坑脉冲、凹坑阶跃和单轮凸块等六种不同路面下的振动响应,结果显示,较大的不对称阻尼系数可以较好的抑制车辆在凸块路面下的垂向振动、俯仰运动和侧倾振动;较小的不对称阻尼可以较好的降低悬架的最大动挠度以及抑制凹坑路面下的垂向和俯仰振动;以1/2次、1次和3/2次曲线代表凸曲线、直线和凹曲线三种不同曲线形状,探讨了三种曲线交点位置对车辆振动特性的影响,结果表明,为使车辆在较大相对速度范围内具有良好的振动特性以及产生适当的阻尼力以防减振器的损坏,应选用较低阶次的曲线作为阻尼特性曲线;并用所搭建的ADAMS模型对所得结论进行了验证。
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