中文--重型卡车悬架参数的计算机优化（节选）

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1、PDF外文：http:/ 3686 字  重型卡车悬架参数的计算机优化   道格拉斯布鲁  福特汽车公司（此前属于美国宾夕法尼亚州立大学），美国  Bohdan T. Kulakowski 宾夕法尼亚大学，美国   摘要  一种 考虑 整车性能 的重型卡车悬架参数的最优化设计方法已被提出。四项性能测试被用来评价整体性能：对路面的损坏，驾驶舒适性，刹车距离以及操控性 。这种方法用了 重卡模拟程序来进行 数值最优化 并且考虑了 一种复杂的对整车性能。 该方法采用 一项敏感性分析来帮助选择设计变量， 另外还有 十二种最优化方案。这个论文表明

2、一个复杂的重卡仿真模型可以 采用悬架最优化设计，并且 在每一次性能测试中的显著 提升都能为典型半挂车做出贡献。而且， 将实施横滚和偏航稳定性 作为优化参考项 。   介绍  一个重型卡车悬架系统设计师的目标是确保一辆卡车 的 耐用 性 、经济 性 ，以及提供合理的舒适性和操作性。卡车 正在 变得更大、更 有力、更完善。这些因素，以及近年来逐渐增长的公路安全和经济性能 对设计者提出了更高的要求。卡车预计将会继续变得更安全、舒适 且对路面的破坏更 少 ，那么能用最经济的方式实现这些目标的制造商将会是最成功的。可以用 计算机辅助设计 来使设计过程更加高效，而且 这 已经成为竞争激

3、烈的行业制造商必不可少的工具。本文演示了 重型卡车悬挂系统设计的计算机辅助中的一个应用程序 ， 以及数字优化。 优化典型重型铰接式卡车 被动悬架参数 时使用了一个程序 以提高卡车的总体性能。 这种方法可以更高效的 选择 常用典型被动悬浮液重型卡车参数。然后，该程序被用在了典型半挂牵引卡车上。   背景  优化道路车辆悬架的各种方法向来一直被使用 ，早期的一些方法 采用 反复试验，以及小的分析模型。基于计算机的悬架优化第一次出现在 1967 年， 其中就有 Bender1。一些研究人员从那个时候开始研究，主要利用 1/4 或 1/2 汽车模型 ,但据文献记载，应用在铰接汽车悬

4、架设计上的数字最优化设计技术的仅有尝试是由 EI-Madany2完成的。EI-Madany 优化的悬架限制了线性半挂拖拉机模型的包括垂直和螺旋自由度在内的六个自由度。目前还没有 发现有关铰接汽车悬架的整车性能的最优化研究被应用于最优化设计方法上。   性能测试  本研究的目的是在考虑车辆整体优化性能的基础上验证悬架优化 设计 方法。因此，优化标准必须提供车辆的整体性能定量 指标 。 尽管车辆性能的每一个细节不能都得到解决， 还是挑选出了 涵盖与悬架设计有关的整体性能的四项指标 。这些汽车性能因素有：路面承重， 乘坐 舒适性，制动效率，以及操纵稳定性。前三项指标的落实被当做客

5、观因素 ，应使其 其影响最小化，而操纵稳定性措施的落实 应 作为必须的要求。 另外使用了 两个路面损坏指标和两个乘坐舒适性指标， 所以 最终有五个客观指标 ：  1） 路面损坏采用 的 随机高峰负荷位置。  2） 路面损坏采用 的 高峰负荷空间重复。  3） 乘坐舒适性使用震动吸收理论来估计。  4） 乘坐舒适性使用 RMS 地板垂直加速度来估计。  5） 刹车距离。  单独测量 客观指标 以使每一个指标被更充分的了解 以及 保证计算时间的合理性。 客观因素可以与加权因子相结合 同时使用。但是这将会耗费大量计算时间，而且与这次的研究无

6、关。操纵稳定性包括直线和转弯稳定性。 作为约束条件在本研究中所采用的措施包括翻转临界值和转向不足系数。 一个设计必须满足这些限制，这个设计才是 可行的。另外，在操控性的限制之中，使用了 rattlespace 限制和设计变量限制。车身与车轴之间的相对位移包络线被称为 rattlespace，所以一个 rattlespace 限制是对包络线大小的限制。这是为了确保设计达到合理的悬架动挠度。在每个设计变量中都有限制以确保合理的值。两个道路载荷措施是根据第四代路面损坏法 3和动态负载系数（ DLC）制定的，其中动态负载系数是由 动态载荷的标准偏差除以平均动态载荷得出的。  DLC = （

7、） 2=1   =  =1   如果随机高峰负荷的分布被假定，那么路面损坏的估计就是 4 L = (1 + 6DLC2 + 3DLC4) 4 如果峰值负载被假定是特定点附近集中的点，那么对路面损坏的估计就是  DAMAGE2 = (1 + DLC)4 + 4 可能在卡车驱动轴上安装一个对路面更加“友好”的悬架可以增加负载挂车的动态车轮载荷 5。 这种可能性对整车悬架的优化会有更多的推动以 达到一个减少由车辆造成的对路面的损坏的目的。路面损坏措施被平均计算到每一个车轮上来获得一个整车的值。较重的轮子通常是拖车的轮子，是最有破坏性的，也是计算的主要方面。两个

8、乘坐舒适性的指标是 震动吸收能力以及 RMS 垂直加速度。震动吸收准则 6是根据一种假设，这种假设认为乘坐舒适性与人体自身阻尼所消耗的能量有关。 震动的吸收能力是由乘客座椅表面的加速度功率谱的加权积分决定的并包括所有三个维度的加速度 。这个加权函数是频率的函数，是座位表面的人体的机械阻尼，并且人体最敏感 的频率 的值更高。垂直座椅加速度用一个过滤器来计算；驾驶员 /座椅的动载荷被假定对卡车其他部分的动载荷没有影响。座椅被当成一个弹簧和阻尼器的模型，驾驶员模型是一个三自由度的由座椅支撑的弹簧 -质量 -阻尼系统，如图 1.  图 1.震动吸收模型   在重型卡车中通常不使用

9、RMS 垂直加速度作为乘坐舒适性的标准，因为侧向负载也会影响乘坐舒适性， 但是被考虑在其中是因为它的 易用性，而且要确定更加详细的标准是否会比简单的标准更能产生一个不同的悬架设计。垂直加速度的计算是在驾驶员座椅底板进行的。操纵性标准是根据一项由 Woodroofe andEI-Gindy 7的研究制定的， 它的目的是为加拿大的卡车建立一个操纵规范。评价重型卡车侧倾稳定性的最普遍的方法是测量翻转临界值。 Woodrooffe and EI-Gindy 认为可被接受的安全操作的最低翻转临界值为0.4gs，这也是这一理论中悬架最优化用到的数值。便宜稳定性标准测量的方法为Woodrooffe and

10、EI-Gindy 提出的三点测量（ TPM）。  1）  不足转向系数 K 为 0.15gs 时，一般在 0.5（敏感边界）到 2.0 之间（可操控边界）。  2）  不足转向到过度转向的过渡应该在横向加速度 不小于 0.2gs 时进行。  3）  不足转向系数 K，在横向加速度为 0.3gs 的数值必须高于临界不足转向系数。   对于牵引车来说 ，仅测评不足转向就足够了，因为一个半挂车 引车的牵引车必须在任何动态偏移不稳定 发生的情况下拥有不足转向的特性。 所有这些值都是在同一操纵控制下测试的，即 100km/h 的坡道测试，这是三点操纵测试法的规定。图表 2 显示了不足转向系数和本论文中用到的基线车辆的横向加速度。