兼顾平顺性和路面损的货车悬架特性优化.doc

兼顾平顺性和路面损伤的货车悬架特性优化 第2O卷第3期 2005年9月 青岛大学(工程技术版) JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(Eamp;T) VoI_20No.3 Sep.2005 文章编号:1006—9798(2005)03—0039—04 兼顾平顺性和路面损伤的货车悬架特性优化 杨道斋,张洪信,张铁柱,刘大维,陈秉聪 (青岛大学机电工程学院,山东青岛266071) 摘要:为探讨双桥货车动力学特性兼顾平顺性和路面损伤的优化方法,建立了车辆动力 学模型,用总加权值法求解车体加速度均方根以评价车辆平顺性,用全概率法评价车辆对 路面的损伤,构造了包括目标泛函,设计变量和约束条件的悬架参数优化设计模型.对 FAW110货车前后悬架阻尼和刚度优化后,路面损伤和平顺性分别改善6.2和29. 关键词:货车;悬架;平顺性;路面损伤;优化 中图分类号:U463.33文献标识码:A 货车大部分为双桥,因此,对双桥货车动力学特性的优化研究具有代表性.货车工作环境恶劣,平顺性 差,座椅部位的振动水平是一般客车的9～16倍,更有甚者大多数货车司机一天暴露在这种环境中长达10 ～ 20h,上述情况给司机带来较大疲劳和危险].车辆路面荷载是路面早期损伤的主要原因,我国许多沥青 路面在通车2～3a后,甚至不到1a就出现大面积的破损(设计寿命一般为15a)].车辆动力学特性的改 善对缓解上述症状具有重要意义].目前悬架系统设计优化很少同时顾及平顺性和对路面损伤.车辆动力 学特性的优化主要针对前后桥悬架阻尼和刚度. 1车辆动力学模型 建立货车1/2车辆模型如图1所示.图中,777.,777.,777.,J分别 为车体质量,前桥质量,后桥质量和车体相对于轴(通过车体坐标 原点,垂直于视图向外)的转动惯量;z,z.z.,0分别为车体,前桥, 后桥垂向和车体转动坐标.为前后悬架阻尼;是是是是为 前后悬架及轮胎的刚度;z为前后桥之间距离;q,q为前后轮路面 不平度输入.用拉格朗尔(Lagranges)法建立系统振动方程,系统动 能为 , 4 T=:=∑777.《(1);g 式中,{777.)一{,777.l,m2,J),{e}一{2l,22,23,0).系统势能为 *收稿日期:2004—11—16;修回日期:2005—03—22 基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y99Q11) 作者简介:杨道斋(1968一),男,讲师,工学硕士,主要从事固体力学与系统动力学方面研究 函 势 统 系 型 辆一 车 2, 一 图z O + )yv 一 U ; 一 丁 一一 L ll 是∑ 1—2, 一 U, 是 是 是 一 是 中为 式数 4O青岛大学(工程技术版)第2O卷 系统耗散能为 D一丢c: 式中,{C}={CC.},{b}={一.一0.5z0,一.4-0.5z0}.由拉格朗日方程有 ()一+一. 系统振动方程为 式中 M= K== MZ4-CZ4-KZ—FQ . C= k.1+k.2一k.】 一 k1 一 k.2 ZZ一 s一Cs2一Ts-t-s2 一Cs1Cs1 一 C20 ZZZ一 s1十s.s】 O Z一 Cs2 一 是2～l是+l是 .2 k1+kf10 0k2+k2 一 + Z. 定s1 Zz— 定s2 一 号-k.+l2k Z Lsl Z 一Cs2 Z.Z s】十TCs2 ,F一 0 k】 0 O 0 0 k2 0 (3) (4) (5) Q一(q1,q2),z=(z1,2,z3,) 对式(5)两边进行拉氏变换(LaplaceTransform),可得到车辆振动位移对路面位移输入的传递函数 H一[.M+C+K]F(6) 得到车体位移,前轮,后轮变形对路面输入的传递函数分别为 H.一LH(1,1),H(1,2)] Hn一一[H(2,1),H(2,2)]一[1,o],Hl2-=EH(3,1),H(3,2)]一Eo,1] 假定同桥左右轮胎力相干函数为1,则路面输入谱阵为 广1e] Gdd(-厂)=Gd(-厂)f.1(7) LelJ 式中,Ga(-厂)为路面谱密度,m./Hz;f为频率,Hz;k=i27c-厂z/=i2~n/为车速,m/s;为空间频率,m～. 车体加速度,前轮,后轮变形的功率谱密度分别为 G.(-厂)=(2nf)(H)Gdd(-厂)H一 Gn(-厂)一(H¨l)Gdd(-厂)H G2(-厂)=(H)Gdd(-厂)H 前轮,后轮动态轮胎力标准差分别为 记PP.z为前后桥静载,则 厅万————一厅7———一 一 √jG『f)dz.z√jGt2( 第3期杨道斋,等:兼顾平顺性和路面损伤的货车悬架特性优化41 drt】≤Po1,t2≤Po2 用全概率法表示的车辆对路面的损伤为 P一Po1+1eP2/(2a2a1)dp+P021e(8) 式