汽车动力学分析及悬架子系统优化设计

汽车动力学分析及悬架子系统优化设计

刘文秀冼劲松陈雨谢贵地

东风柳州汽车有限公司广西柳州545000

摘要：本文主要针对汽车动力学以及悬架子系统的优化设计展开探讨，论述了汽车动力学和悬架子系统的优化思路和优化的设计方案，对设计过程中比较关键的要点和环节都进行了总结，希望可以为今后的设计工作提供参考，提升设计水平。

关键词：汽车动力学，悬架子系统，优化，设计

前言

汽车动力学的分析非常关键，它可以为汽车的设计工作提供借鉴，与此同时悬架子系统的优化设计，也直接关乎汽车的整体设计质量，所以我们必须要对汽车动力学进行分析，同时对于悬架子系统的优化设计工作进行进一步总结，提出更好的设计方案。

1、车辆悬架概述

1.1车辆悬架的组成

图1汽车悬架示意图

图1所示为汽车悬架结构示意图:车辆悬架一般由导向机构、减振器以及导向机构等部分组成。悬架的主要作用是传递车架和车轮之间的力矩，减缓车辆行驶过程中的冲击力，从而保证车辆能够在不平的路面上正常行驶。

1.2主动悬架的控制理论

车辆主动悬架控制方法主要有自适应控制、天棚阻尼控制、预瞄控制和智能控制等。车辆的主动悬架是一个主动力发生器，在目前现有的应用的很多控制方法中，最优控制具有二次型性能指标，并且其理论基础最为完善，故采用最优控制作为主动悬架的研究方案。

2、悬架建模方法的分析

汽车实时仿真技术目前已经被广泛应用于驾驶员模拟器开发、软件在环及硬件在环测试、载荷模拟等领域。在汽车实时仿真模型中，悬架模型的计算量通常占整车模型计算量的50%～60%，因此悬架模型的好坏是车辆动力学模型能否实现实时仿真的关键。

目前普遍使用的建立悬架模型的方法可分为两种:(1)侧倾/力矩中心方法;(2)经典多体动力学方法。这两种方法用于汽车实时仿真时分别存在一定的问题。

应用侧倾/力矩中心方法建立的悬架模型，悬架的导向作用是通过悬架变形与悬架对车身的作用力的相互关系来描述的，变形与作用力的关系由试验来确定。这种悬架模型虽然能够满足整车动力学模型对实时性的要求，但由于是采用水平车身位置的侧倾/力矩中心去获得悬架特性，从而建立的模型不能应用于车辆大位移运动的仿真。

应用多体系统动力学可以建立面向结构的、适用于复杂工况的汽车整车动力学模型，在这方面有成熟的商用软件ADAMS、DADS等。但是，与车身相比由于悬架各杆件的质量和转动惯量十分小，因而所建立的整车动力学模型通常为刚度非常大的代数微分方程组，在求解的过程中为满足求解精度，需采用变步长迭代方法求解，可能在某一时段，积分步长将变得十分小，甚至会出现求解“停顿”的现象，而且这种求解“停顿”现象并不会因为计算机的处理器计算速度的提高而消失，这使得车辆模型不具有实时性。

3、汽车悬架系统常见控制策略简介

被动悬架就是传统的被动式的悬浮液，将悬浮液通过弹簧振动，在弹簧的作用下，并以它为主要成分形成减震器的阻尼，以减缓冲击力的。由于此类悬架是由外力而起作用的，而且各个元件在工作时不消耗外界能源，所以又称为从动悬架。由于被动悬架设计的出发点是在满足汽车的行驶平顺性和汽车操控稳定性之间进行折衷，对不同的使用要求，只能在满足其主要的性能要求的基础上，牺牲掉次要性能。被动悬架的优点是成本低、有较高的可靠性。缺点是只能在特定工况下达到最优，缺少对变载荷、变车速、不可预测路况的适应性，无法解决行驶平顺性和操控稳定性之间相矛盾的问题。即便经过优化，也只能是在特定的车速和路面状况下才能达到最佳。刚性比较大的螺旋弹簧，其特征在于车轮的倾斜程度，以保持与路面接触的轮胎的能力，以提高抓地力。但是这样做会导致在乘坐汽车时有比较强烈的颠簸感。如果采用比较软的螺旋弹簧，来适应崎岖的路面来提升汽车行驶的平稳性和舒适性，但是又会使汽车难以控制。

当汽车或汽车制动引起的弹簧的变形量的转动惯量，该弹簧是活动的，为了减少身体位置的变化产生了阻力的惯性力。该车辆的转向传感器的悬浮系统会立即检测到的车辆的身体的倾斜度和横向加速度，其特征在于，根据传感器信息，与调整后的水平开始的比较的计算机，并作为有效载荷，为了以确定在该位置上悬浮液，使身体的倾斜，以尽量减少。制动时车身前俯小，启动和急加速可减少后仰。即使在路面条件不好的情况下，车身的跳动也较少，轮胎对地面的附着力提高。其缺点是系统功率消耗大，装置复杂，对技术要求高，价钱昂贵。因此一般仅在豪华轿车上使用，应用范围比较小。

4、汽车半主动悬架可调控减振环节

半主动悬架的弹性构件的刚度和减震器的阻尼系数可以根据需要进行调整。目前，半主动悬架阻尼系数的减震器的调节。包含无级可调阻尼系数在一个特定的区域的连续变化，有电/磁流体的粘度调节剂和气体孔两种形式。打开阀/关闭序列由控制阀调整，以实现衰减之间的多个离散值衰减的快速切换（切换时间通常是10-20ms）。可调阻尼器的结构和控制是比较简单的，但调整汽车驾驶条件和道路条件，有一定的局限性。未来发展的关键是提出了先进的阀门技术，增加使开关时间缩短的阻尼变化齿轮。

通过轴的步进电动机来驱动阻尼阀，从而实现连续可调节流阀，其可以用在阻尼器的阻尼节流电磁阀表面，或实现其他形式的制动的阀。电/磁流体在施加电磁/场下的情况下，会出现流变材料的特性，如表观粘度剪切强度将发生很大变化。此电/磁流体之间的内和外筒的电场/磁场也会发生变化，从而增加了阻尼力的减震器的变化。

值得一提的是，一个强有力的电场/磁场的电场/磁场的流体的半固体状态，如产生额外的刚度和阻尼器，则可以被用来作为一个可控制的弹性元件第六电源，其稳定，塑性粘度，屈服应力和温度MRF比ER流体强。因此，磁流变液阻尼器阻尼控制部分有更好的发展前景。

电/磁流体的非牛顿流体，这种现象学的数学模型也有很多，比如，学者翁建生得到实验磁流体剪切应力和温度，应变速率，磁感应的本构关系。通过这种类型的分析和假设，可靠的电/磁流变阻尼器模型和参数在试验中得以确认。

结束语

综上所述，在汽车动力学的研究过程中，我们要为汽车的设计提供更多的理论支持，同时悬架子系统也是汽车设计过程中的一个关键点和重点，本文总结了汽车动力学的一些关键理论，并对悬架系统的优化设计方法进行了分析，可供今后借鉴。

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