基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼比的计算方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及车辆被动悬架，特别是基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼比的 计算方法。
【背景技术】
[0002] 悬架是车辆的重要组成部分，其性能影响和决定车辆的乘坐舒适性和行驶安全 性。目前，汽车上应用最为普遍的悬架类型为被动悬架，其阻尼比对悬架系统的阻尼匹配 具有重要的指导意义，然而，由于受悬架系统最佳阻尼匹配理论的制约，目前国内外对被动 悬架的阻尼比设计仍然没有可靠的方法。根据德国Manfred Mitschke教授所著的《汽车 动力学》，可知目前对乘坐舒适性和行驶安全性折中的加权因数难以确定，从而导致悬架的 最佳阻尼比的设计成为困扰悬架设计的关键问题。目前，对被动悬架阻尼比的设计，大都采 用"经验+反复试验"的设计方法，即根据车辆参数，利用被动悬架的阻尼比可行性设计区 间，并根据经验折中选择某一阻尼比，然后经过反复试验和修改，根据主观和客观加以综合 判断，最后确定出悬架的最佳阻尼比的设计值。虽然这种方法是可行的，但由于其设计成本 高、周期长，不能满足现代汽车行业快速发展的要求。为了更好地改善被动悬架的性能，需 要对乘坐舒适性和行驶安全性之间的矛盾进行最佳折中，因此，必须建立一种简单可靠的 基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼比的计算方法，从而降低悬架设计及试验费用， 缩短设计周期，增强我国车辆的国际市场竞争力。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种准确、 可靠的基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼比的计算方法，其计算流程图如图1所 示；1/4车辆行驶振动模型如图2所示。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所提供的基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼 比的计算方法，其具体计算步骤如下：
[0005] (1)确定车身振动加速度為、车轮动载Fd对路面输入激励速度#的频响函数 讯和丑(·)? 9 :
[0006] 根据车辆单轮簧上质量m2，簧下质量Hi1，被动悬架的刚度Κ，轮胎刚度K t，质量比rk =Kt/K，刚度比Γηι= Hi2Ai1，固有圆频率
待设计被动悬架的阻尼比ξ，其中，减 振器的阻尼系数
频率比λ = ω/ω。，ω为圆频率；利用1/4车辆行驶振动模 型，以路面不平度q为输入激励，以车轮的垂向位移Z1及车身的垂向位移ζ 2为输出；确定车 身振动加速度焉、车轮动载FJt路面输入激励速度纟:的频响函数〃和^'OVf$ ?分别 为：
[0009] (2)确定被动悬架阻尼比上界函数Js( ξ )及下界函数丄（ξ )的解析表达式：
[0010] ①根据步骤（1)中所确定的频响函数〃OWli和〃，建立被动悬架阻尼比 上界函数J s (U及下界函数J。（ U，分别为：
[0013] ②根据①步骤中所建立的被动悬架阻尼比上界函数Js( ξ )及下界函数丄（ξ )，通 过积分运算，建立它们的解析表达式，分别为：
[0016] (3)建立被动悬架阻尼比优化目标函数丄（ξ ):
[0017] 根据车辆单轮簧上质量Hl2，簧下质量Hl1，及在不同车速和不同路况情况下的舒适 性加权因子a e [0, 1]，利用步骤（2)中所建立的被动悬架阻尼比上界函数Js(I)及下界 函数J。（ ξ )，建立被动悬架阻尼比优化目标函数
[0019] 式中，g为重力加速度，g = 9. 8m/s2;
[0020] (4)计算被动悬架的广义耗散能D :
[0021] A步骤：确定使目标函数Jci(I)最小的阻尼比
[0022] 将步骤（2)中所建立的被动悬架阻尼比上界函数Js( ξ )及下界函数丄（ξ )的解 析表达式，代入步骤（3)中建立的被动悬架阻尼比优化目标函数^(ξ)，求得使目标函数 JcXU最小的阻尼比，记作ξ %即
[0024] B步骤：确定被动悬架的广义耗散能D :
[0025] 根据质量比rk= K t/K，刚度比!^= In2Ai1，利用A步骤中ξ ""的解析表达式，在加权 因子a e [0，1]区间内进行定积分运算，求得被动悬架的广义耗散能D，即
[0028] (5)计算基于广义耗散能D的被动悬架最佳阻尼比ξ
[0029] 根据在不同车速和不同路况情况下的舒适性最大加权因子α _= 1和最小加权 因子α_=0,以及步骤（4)中确定的被动悬架的广义耗散能D，计算得到基于广义耗散能 的被动悬架最佳阻尼比L P，即
[0031] 本发明比现有技术具有的优点：
[0032] 对车辆被动悬架最佳阻尼比的设计，大都采用"经验+反复试验"的设计方法。虽 然这种方法是可行的，但由于其设计成本高、周期长，不能满足现代汽车行业快速发展的要 求。
[0033] 本发明根据1/4车辆行驶振动模型，分别通过确定被动悬架阻尼比上界函数和下 界函数的解析表达式，建立被动悬架阻尼比的优化目标函数；利用使得优化目标函数最小 的阻尼比的解析表达式，通过积分运算得到被动悬架的广义耗散能；基于广义耗散能建立 了车辆被动悬架最佳阻尼比的计算方法。通过设计实例与厂家的试验设计值进行对比验证 可知，该方法可计算得到车辆被动悬架准确可靠的的最佳阻尼比，为车辆被动悬架的设计 提供了可靠的设计方法。利用该方法，可以使得车辆乘坐舒适性和安全性实现最佳折中，提 高车辆被动悬架的设计水平；同时，还可降低其设计及试验费用，缩短设计周期，增强我国 车辆的国际市场竞争力。
【附图说明】
[0034] 为了更好地理解本发明下面结合附图做进一步的说明。
[0035] 图1是基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼比的计算方法的计算流程图；
[0036] 图2是1/4车辆行驶振动模型图。 具体实施方案
[0037] 下面通过一实施例对本发明作进一步详细说明。
[0038] 某越野车单轮簧上质量m2= 350kg，簧下质量m i= 35kg，被动悬架的刚度K = 19897ΝΙ?1，轮胎刚度心=179073Nm \质量比 rk= Kt/K = 9,刚度比 r"= Hi2Ai1= 10,固有 圆频率
为了实现最佳减振效果，需要计算该被动悬架的最佳阻尼 比。
[0039] 本发明实例所提供的基于广义耗散能的车辆被动悬架最佳阻尼比的计算方法，其 计算流程图如图1所示，1/