汽车悬架分析与优化

汽车悬架分析与优化

[摘要]本文主要分析了基于自适应模糊控制的汽车悬架的仿真，基于adams的汽车悬架系统结构优化仿真，遗传算法的汽车悬架仿真与优化设计。通过对这三个方面的分析，可以对汽车悬架分析优化形成整体的认识。

[关键词]汽车悬架；自适应模糊控制； adams；遗传算法；分析；优化

中图分类号：u463.2文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）21-0000-00

悬架把汽车的车身与车轮两者进行弹性地连接，是现代汽车上的重要总成。汽车悬架的主要作用是当汽车在路面行驶的时候，前轮及时定位各种参数的变化情况，掌握变化规律，这种变化通过传递及时作用在车轮和车身之间的力和力矩上，缓和路面传给车身的冲击载荷，减少承载系统的振动给车身带来的冲击，延长轮胎的使用时间，保证汽车在路面的平稳行驶。因此，对汽车悬架的研究是实现悬架优化的重要条件。

一、基于自适应模糊控制的汽车悬架的仿真分析

采用自适应模糊控制器可以将简单的线性参数估计方法，用于分析和综合性能和自适应模糊系统的稳定性。而且，自适应模糊系统在没有语言的情况下可以简化为一个标准的非线性自适应控制器。通过建立自适应模糊控制器afc和汽车悬架的数学模型，然后利用matlab软件进行仿真分析。得出不同道路的违规行为，通过仿

真将afc控制下的悬架的扰动与最优lqr控制下的悬架进行比较。下面是转盘的输入阶跃和正弦干扰下对自适应模糊控制的悬架进

行的仿真比较分析。

把两个阶跃输入加到轮胎合成道路干扰在路面上的扰动。第一个是阶跃变化，其中车轮接触到0.1m的正阶跃。2秒钟后车轮接触到负0.2m的负阶跃。研究发现，自适应模糊控制使用前，afc和lqr 控制可以取得非常接近的结果，但使用之后，af c的改善作用明显，控制力增强，其中轮胎的阻尼形变状况良好。

合成道路干扰的计算包括驾驶的参数，如自然频率簧载质量，车辆速度时间，迭代数，道路质量系数等各方面的数据。同时，对仿真曲线图的研究发现，afc控制下的轮胎变形量减少了超过50%，而lqr控制下的轮胎变形量较大。

二、基于adams的汽车悬架系统结构优化仿真

当前，adams是世界上应用最广泛的多体系统仿真分析软件，采用多体动力学原理进行仿真，应用它可以方便地建立参数化的实体模。adams软件使建模的步骤得到简化，速度进一步增加。在模板中输入相关的数据，就可以快速建造悬架高精度虚拟仿真样机。下面的分析采用两侧车轮同向跳动40mm的仿真工况进行仿真试验。仿真后进行处理可得到内倾角、车轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角随着车轮跳动行程的变化曲线。

1、车轮前束角

前束角是车轮中心线与汽车纵向对称轴线之间的夹角。为了使汽

车行驶的每一瞬时车轮滚动方向接近正前方，在前轮故意设置前束角。但是如果前束角过大会引起轮胎的异常磨损。。

2、车轮外倾角

车轮外倾角是车轮中心平面相对于地面垂直线的倾角。预设外倾角的目的是使汽车满载行驶时外倾角接近零，从而使轮胎磨损均匀。外倾角应与车轮的跳动数值保持一致，倾角太大，汽车的直线行驶能力就会大大下降。

3、主销后倾角

主销后倾角产生的回正力矩对转弯后的车轮有自动回正作用，可以提高汽车直线行驶能力。后倾角的设置在2度-3度之间，后倾角太大，转向力就随之增加，造成车辆的转向不够灵活。

4、主销内倾角

主销内倾角也会产生一个回正力矩从而具有使车轮自动回正的作用。但是主销内倾角与转向阻力矩之间成正比的关系，如果转向角不断变大，那么转向阻力矩也增大。而且主销内倾角会使转向时内轮的外倾角增大，一些车辆轮胎外侧的磨损就是因为内轮的外倾角增大所致。

5、优化设计

adams可以设计复杂的试验来评价机械系统的性能，还可以进行单目标或多目标优化。围绕上臂内的各个点位和主销上点的7个坐标，21个坐标变量为设计因子。在优化设计过程中选用试验面法对试验数据进行数学回归分析，设定各设计因子相对原值±10mm范围

内变动。在adams后处理中可以得到21个设计因子对每个设计目标的影响率。然后根据计算的数据，调整模型中各个关键点的坐标，然后进行再次仿真。注意保存仿真的结果，方便与仿真之前的数据进行有效的对比。在后处理中可以得到各定位参数优化后的变化曲线，与仿真之前的变化曲线对比分析。

结果发现车轮前束角在优化后变化范围缩小，可以有效减少车轮磨损；外倾角和主销后倾角的变化范围也略有降低，较之优化之前也更合理，有效的提高了汽车的直线行驶能力；主销内倾角降低，汽车增加了回正能力，转向阻力矩得到降低，汽车在转向的时候操纵轻便。

三、基于遗传算法的汽车悬架仿真与优化

遗传算法主要是基于自然界的生物进化和自然选择的基础上，发展而来的一种汽车悬架仿真与优化设计法。遗传算法具有良好的收敛性，可以同时对多个目标进行优化设计。在adams的基础上建立汽车前悬架系统的仿真模型。参照adams中的麦弗逊式独立悬架模板以及标准悬架试验台，建立前悬架系统模型。

1、麦弗逊悬架的仿真分析

悬架系统各种运动特性参数的计算是通过悬架的几何分析、柔度矩阵分析得到的。其中几何分析是指悬架转向系统在悬架跳动、侧倾、转向系转向等各种运动输入下，悬架转向系统中各物体的位置和方向的变化，许多车辆参数的计算都是通过几何分析进行的。

悬架运动特性分析的基本方法是左右车轮平行跳动试验法，主要

综合分析当车轮遇到路面的障碍时悬架的运动情况，路面高低不平造成车身的晃动，汽车的速度增加或者减少时车身纵倾引起的悬架运动和车身侧倾时引起的悬架运动等。左右车轮平行跳动试验仿真分析较为全面地反映了悬架的运动特性，通过对其进行综合的分析可以发现悬架运动是否合理。如果不合理，需要进行优化。

2、麦弗逊悬架的优化分析

对前悬架进行结构调整，可以解决悬架模型中出现的问题。利用matlab软件，当车轮相对于车体上下跳动时，车轮外倾角和车轮前束角相对于平衡位置的变化量绝对值加权之和为适值评价函数，进行优化后发现，车轮外倾角的变化范围经优化减少了50%，车轮前束角的变化范围经优化则减少了25% 。车轮外倾角和车轮前束角的变化范围缩小，可以增加汽车在路面行驶的平衡和稳定。保证汽车的直线平稳行驶，防止汽车跑偏，同时，大大减轻了对汽车轮胎的磨损。

四、结语

汽车悬架的分析优化是一个复杂而系统的研究课题，针对汽车悬架的不同部件有不同的分析和优化方法，除了文中提到汽车悬架的分析与优化之外，还有汽车悬架下控制臂的有限元分析，汽车悬架系统用套管焊缝位置优化应用等不同的研究领域，我们应该不断进行创新，利用先进的分析技术，对汽车进行优化设计，使汽车更好的为人类服务，促进汽车工业的更好发展。

参考文献