節(jié)能車車架優(yōu)化設計與實驗分析含SW三維及3張CAD圖,節(jié)能,車車,優(yōu)化,設計,實驗,試驗,分析,sw,三維,cad 附錄1：外文翻譯 隨機路面激勵下被動半主動懸架四分車模型的設計優(yōu)化 G. VERROS S. NATSIAVAS 亞里斯多德大學機械工程系，希臘(natsiava@auth.gr) C. PAPADIMITRIOU 德國塞薩利大學機械與工業(yè)工程學系，38 334卷，希臘。 (2005年3月28日獲接納2005年1月4日) 文摘:提出了一種基于隨機路面激勵的非線性四分車模型懸架阻尼和剛度參數(shù)的優(yōu)化方法。調查開始時，汽車模型涉及被動阻尼，具有恒定或雙速率特性。在此基礎上，我們還研究了懸架阻尼系數(shù)選取的汽車模型，從而使系統(tǒng)近似模擬了具有天鉤阻尼的主動懸架系統(tǒng)的性能。對于半主動或無源雙速率阻尼器的模型，等效懸架阻尼系數(shù)的值是關于車輪子系統(tǒng)的簧載質量相對速度的函數(shù)。因此，產生的運動方程是強非線性的。對于這些模型，首先采用適當?shù)姆椒▉慝@得由具有隨機剖面的道路產生的運動的第二個力矩特征。該信息在車輛性能指標的定義下得到了進一步的應用，該指標對最重要的懸架參數(shù)進行了優(yōu)化，得到了具有代表性的數(shù)值結果。特別關注道路質量的影響以及與車輪跳動有關的檢查效果。最后，對被動線性懸架阻尼器和半主動減振器汽車所得到的結果進行了臨界比較。 關鍵詞:四分車模型，雙速率阻尼器，天鉤阻尼，輪跳，隨機優(yōu)化。 1. 介紹 在汽車工業(yè)的許多領域，通常采用單自由度或雙自由度四分之一汽車模型。這些ar-eas包括對地面車輛動態(tài)響應、識別、優(yōu)化和控制的預測(如Karnopp等，19741 Harrison和Hammond, 19861 Sharp和Has-san, 19861 Hrovat, 19931 Dixon, 19961 Metallidis etal .， 2003)。這主要是由于四分之一車型的簡單和他們提供的質量上正確的信息，特別是在騎車和搬運研究方面。此外，從這些簡單的mod-els中提取的信息，為更詳盡、準確和全面的研究提供了一個堅實的基礎，更多的涉及到動力汽車模型(Verros et al.， 2000a)。 本研究的主要目的是開發(fā)和應用一種系統(tǒng)的方法-ogy，使地面車輛的懸架阻尼和剛度參數(shù)在隨機道路激勵下的最佳組合。以往對該課題的研究大多涉及具有線性特征的汽車模型或受確定性道路激勵作用的力學模型。此外，很少注意揭示和研究與車輪跳躍現(xiàn)象有關的重要影響，主要是由于其數(shù)學建模的固有困難(Palkovics和Venhovens, 19921 Verros和Natsiavas, 2001)。 目前的工作結合最近的發(fā)展，涉及到對非線性四分之一車型的響應和優(yōu)化，受到道路激勵。在粒子-lar中，研究的模型包括具有強烈非線性阻尼和剛度特性的懸浮液，并允許車輪跳躍。此外，道路的不規(guī)則性被假定為random的性質，它們被頻率光譜描述，這被認為是典型的汽車工程(Dodds和Robson, 19731 Gillespie, 1992)。然后將此激勵應用于具有線性或雙線性減震器和線性或三線性懸架彈簧的雙自由度四分之一汽車模型。具體來說，除了線性模型外，還研究了帶有被動或半主動懸架阻尼器的汽車系統(tǒng)。在最后一種情況下，根據(jù)懸架阻尼系數(shù)的選擇，應用控制策略，使車輛接近理想狀態(tài)的天鉤。在阻尼或剛度系數(shù)可變的情況下，分析變得復雜，因為產生的運動方程涉及強非線性。類似的非線性也被引入到線性模型中，當車輪跳躍被包括在公式中(例如Verros和Natsiavas, 2001)。 在選擇了道路激發(fā)譜后，利用蒙特卡羅模擬法對所研究的非線性車輛模型進行了概率分析。隨機道路輪廓的樣本函數(shù)是利用光譜抑制方法生成的，然后通過對運動方程的積分(Shinozuka, 1972)計算出車輛對每個樣本道路輪廓的響應。最后，利用所得到的樣本車輛響應時間歷史來估計響應的特征。這些特性反過來又形成了一個基礎，這對于開發(fā)一個計算上合適和高效的優(yōu)化過程是必要的。 本論文的材料組織如下。在下一節(jié)中，我們介紹了被動和半主動的四分之一汽車模型。在第3節(jié)中，我們提出了一種計算非直線車輛模型的二階矩特性的方法，該模型受已知光譜的隨機道路輪廓的影響。該信息用于第4節(jié)，定義車輛性能指標，包括車輛行駛舒適性、車輛處理和懸掛的工作空間。然后，建立了基于該性能指標的懸架阻尼和剛度參數(shù)的最優(yōu)值選擇方法。在第5節(jié)中，給出了一些典型的數(shù)值結果，并通過應用該方法得到了一些數(shù)值結果。重點是對線性、雙線性和天車模型的結果進行關鍵的比較。最后，總結了工作的重點。 圖1所示.車輛模型:(a)線性模型，(b)分段線性模型，(c)天鉤模型。 2. 力學模型 本研究中研究的車輛系統(tǒng)的力學模型如圖1所示。它們被稱為四分之一車型，由于它們的簡單性和質量上的正確信息，它們被廣泛應用于汽車工程中，至少在最初的設計階段(Hrovat, 1993年)。在所有情況下，坐標x1和x2分別表示車輪子系統(tǒng)和車身的絕對垂直位移。 首先，對于圖1(a)的線性模型，運動方程可以很容易地放入經(jīng)典矩陣形式。 其中x1t2 - 5 1x1 x22t表示響應向量，而數(shù)量 表示質量矩陣，阻尼矩陣，以及系統(tǒng)的剛度矩陣。此外，矢量f 1t2包括由于道路粗糙度而產生的強迫項。特別地，車輛被假定為以一個恒定的水平速度40在道路上的一個側面圖s1z2。在這里，這個配置文件由一個隨機過程表示，它具有統(tǒng)計分布，這與典型的道路概況(Dodds和Robson, 1973)的測量是一致的。因此，強迫向量是以形式表示的。 其中xg 1t2, s140t2。 圖2.(a)懸浮阻尼器的受力特性。(b)恢復彈簧的力。(c)天鉤模型的等效懸架阻尼系數(shù)。 圖1(b)和圖1(a)中所示的模型的主要區(qū)別是，前者遵循一種常用的被動控制策略，即懸架阻尼系數(shù)c2在兩個不同的值之間轉換的值。更具體地說，對于這個模型，車身和車輪之間形成的阻尼力具有這種形式。 其中x4 5 x42 6 x41。這意味著懸架阻尼系數(shù)取決于簧載質量與非簧載質量之間相對速度的符號，如圖2(a)所示。換句話說，它在壓縮時的值與擴展值不同(例如，沃爾瑪公司，19901 Surace et al.， 1992)。此外，懸架彈簧也可能具有分段線性特性。一般情況下，典型的汽車懸架的恢復力具有非線性特性，可以通過折疊表達得到足夠的精度。 其中x5 x2 6 x1，而xc和xe表示被暫停的間隙(參見圖2(b))。最后，圖1(c)所示的力學模型被稱為理想的“天鉤”模型，并在傳統(tǒng)懸架模型(Verros et al.， 2000b)上具有一定的優(yōu)勢。此外，該模型還包括了一個帶阻尼系數(shù)的阻尼器阻尼器，它比輪胎的等效阻尼系數(shù)c1要大得多。在最簡單的形式中，該模型具有線性特征。然而，由于不可能實現(xiàn)這類懸架，必須采用適當?shù)目刂撇呗?，修改其特性。根?jù)前人對這一課題的研究，采用以下控制力對天鉤模型的行為進行了研究。 在系統(tǒng)的兩個質量之間。這意味著，為了對車輛進行主動控制，需要對懸架阻尼系數(shù)值進行連續(xù)監(jiān)測，比如c92，基于對x41、x42和x4g的量的測量。 在實際操作中，最經(jīng)濟、最容易實現(xiàn)的策略是基于半主動控制邏輯，采用雙開關阻尼器。更具體地說，從c21和c22選取適當?shù)淖枘嵯禂?shù)值的公式中選擇等效的懸掛阻尼系數(shù)(見圖2(c))。 在被動雙線性或半主動控制策略的應用后產生的動力系統(tǒng)是強非線性的，因為懸架阻尼系數(shù)的值在某些點上發(fā)生變化。此外，即使對于具有線性特性的系統(tǒng)，當允許車輪單獨分離和起飛時，也會產生強烈的非線性效應。這一現(xiàn)象被稱為“車輪跳躍”(wheel hop in the literature)，它對車輛的整體動態(tài)響應產生了巨大的變化(Verros和Natsiavas, 2001)。為了將這種可能性納入到力學模型中，首先引入了運動學變量。 然后，如果X1 5 0，輪子與地面沒有接觸，當接觸力在車輪與地面之間產生接觸力的時間間隔內，失去接觸，等于零(Leine et al.， 2000)。最后，運動方程的相應修正是，在輪作階段，k1、c1和強制函數(shù)f 1t2等于零。 3. 隨機路面情況下的響應特性。 一般來說，典型的道路是存在著大量的孤立的不規(guī)則現(xiàn)象，例如坑坑洼洼或凸起，它們被疊加在較小的但連續(xù)分布的剖面上。為了本研究的目的，我們只考慮后一種類型的道路。也就是說，本節(jié)討論的是在前一節(jié)給出的車輛模型的二階矩響應特性的估計。這些隨機域是實值的，零均值，平穩(wěn)，高斯分布。因此，對于他們的完整的統(tǒng)計描述，足以指定他們的二階矩。在這里，這一要求是通過假設道路不規(guī)則有一個已知的單面功率譜密度來實現(xiàn)的，例如Sg 192，其中9 5 2是一個空間頻率，對應的是一個具有波長的諧波規(guī)律性。根據(jù)之前對該主題的許多調查(例如，Dodds和Robson, 1973)，典型道路的幾何輪廓非常精確地符合以下簡單的分析形式。 用對數(shù)對數(shù)刻度表示的直線。用這種方法，兩種不同道路斷面的粗糙度的振幅比與各自的Ag值的平方根比成正比。此外，在公式(5)中選擇指數(shù)的值為n 5 2時，通常是相當準確和分析方便的，這也就意味著道路坡度具有類似于白噪聲信號的特征。 定性地說，在方程(5)中，指數(shù)n的一個很大的值強調了較長的波長的粗糙度，而它抑制了較短的波長的粗糙度。由于這一原因，人們普遍認為，與典型道路的幾何輪廓相對應的光譜，可以通過如下的更復雜的函數(shù)來近似。 其中，9051,2是一個參考空間頻率。此外，價值Sg1902提供了一種衡量道路粗糙度的措施。在這里，指數(shù)被選擇了，因此n1 5n2和結果譜在一個對數(shù)對數(shù)尺度上顯示了一個斜率不連續(xù)的9 590。最后，由于Sg 192的值趨近于9 0，所以路譜被高通濾波器濾波。 對于具有線性特性的車輛模型的特殊情況，對道路輪廓譜密度和車輛速度的知識通過眾所周知的公式(Lutes和Sarkani, 1997)對固定車輛響應的譜密度進行評估 在前面的方程中，5 940是時間頻率，Sx x 1 2和Sgg 1 2表示。 響應和強迫的譜密度矩陣分別為，H - 1 2，包括系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)，而上標T，分別表示轉位和共軛(如:Roberts和Spanos, 1990)。通過對這些響應的功率譜密度函數(shù)的積分，可以很容易地得到各種響應量的正極矩特征。然而，在前一節(jié)中提出的所有車輛模型，除了沒有車輪跳躍的線性模型外，都具有包含強非線性的運動方程。在這種情況下，頻域分析不再有效，而對二階矩響應特性的分析公式是不可用的。對于這種情況，使用蒙特卡羅模擬法評估響應的概率特征，并結合早期為分段線性系統(tǒng)開發(fā)的合適的集成方法(例如Natsiavas, 19931 Verros等，2000b)。 特別地，對于非線性車輛模型，道路輪廓的樣本是使用光譜表示方法生成的(Shinozuka, 19721 Shinozuka和Deodatis, 1991)。更具體地說，如果假設車輛在給定的道路上以恒定的水平速度行駛40英里，那么由于道路的不規(guī)范而產生的強迫行為可以通過下面的系列來模擬。 在前一個方程中，從所選的道路光譜中對激勵諧波的振幅進行了評價，其中，952l和L是考慮的路段長度。此外，還確定了基本的時間頻率0的值。 而階段n被視為隨機變量，在區(qū)間內的均勻分布[03 2 2。然后，通過對運動方程的積分，計算出車輛對各樣本道路輪廓的響應。最后，利用樣本響應估計了響應的二階矩特征。幾百個樣本通常足以獲得對反應第二時刻的適當估計。 上述選擇基激發(fā)歷史的方法需要了解道路輪廓的功率譜密度和車輛速度的水平分量。圖3(a)顯示了兩組道路的光譜，這是在第五部分中進行的數(shù)值計算的例子。更具體地說，較低的曲線代表了高質量的道路(n1 5 2, n2 5 175和Sg 1902 5 16 1066 m2 cycle61 m61)，而上曲線代表的是質量差的道路(Sg 1902 5256 1066 m2 cycle61 m61)，根據(jù)ISO 2631標準。圖3(b)展示了兩種典型道路概況的具體形式，一種屬于高質量群體，另一種屬于壞質量集團。 在本研究的第一部分，提出了一種系統(tǒng)的方法，給出了在隨機變化的幾何剖面上移動的四分之一汽車模型的懸掛阻尼和剛度參數(shù)的最優(yōu)值。摘要研究了被動線性和雙速率懸架阻尼器模型，以及半主動天鉤阻尼模型。應用的控制策略，結合對車輪跳躍的考慮，導致了運動方程中出現(xiàn)了強非線性。這反過來又在應用程序的集成和優(yōu)化過程中造成了困難，這是通過使用適當?shù)姆椒▉砜朔?。在工作的第二部分，給出了數(shù)值計算結果，主要是對典型的四分之一汽車模型的懸架參數(shù)的優(yōu)化選擇，以及在適當定義的性能指標中權重因子的不同組合。注意力還集中在調查與道路概況質量有關的影響方面。在這種情況下，特別強調了在懸浮彈簧中對車輪跳或非線性的影響，發(fā)現(xiàn)它被激活并對低質量的道路造成嚴重的后果。通過檢查所研究的模型的動力學，也獲得了對優(yōu)化結果中觀察到的最重要趨勢的一些有用的見解。最后，在對所檢測的所有病例的信息進行批判性評價的基礎上，得出結論：半主動控制的車輛比被動雙速率阻尼器更好地設計了汽車模型，從而比具有線性懸架阻尼器的模型表現(xiàn)出更好的性能。 附錄2：外文原文