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重载汽车动力学性能多目标优化分析

张景梅;崔素华

【摘要】以三轴重载汽车为例,以影响其动力学性能的悬架参数优化为目的,在随机

路面激励的作用下,构建了三点虚拟激励模型,通过建立三轴重载车的六自由度模型,

利用虚拟激励法得出驾驶室座椅均方根值表达式,并以加权的加速度均方根值作为

平顺性的评价指标;建立汽车转弯运动力学模型,得出侧倾稳定性因数与悬架的侧倾

特性和由路面随机激励所产生的动载荷之间的关系,确定以稳定性因数作为汽车侧

倾运动的稳定性评价指标;将整车的95百分位四次幂合力作为道路友好性的评价指

标.根据悬架刚度和阻尼与各性能评价指标之间的关系,基于Isight软件,运用遗传算

法NSGA-II实现了汽车的平顺性、稳定性和道路友好性的多目标综合优化,从而得

出了悬架刚度和阻尼的最佳匹配值.该思路对于多轴重载车的参数设计具有参考价

值.

【期刊名称】《北京交通大学学报》

【年(卷),期】2018(042)003

【总页数】7页(P120-126)

【关键词】重载汽车;多目标优化;评价指标;稳定性因数;平顺性;道路友好性

【作者】张景梅;崔素华

【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044;河北科技大学

机械电子工程学院,石家庄050081;河北科技大学机械电子工程学院,石家庄

050081

【正文语种】中文

【中图分类】U461.1;U463.33

随着我国经济的不断发展，货物运输行业对道路交通运输能力的需求也越来越大，

道路修筑技术及路面平整度不断得到提高，载货汽车的性能也相应提高，基于汽车

行驶平顺性、操纵稳定性、道路友好性的参数优化研究早已得到国内外研究人员的

极大关注.文献[1]提出对于复杂多体柔性系统的仿真引入有限元和模态叠加法，应

用有限差分法传感器得到了汽车平顺性参数的最优化结果;文献[2]基于梯度信息的

近似优化方法，以及平顺性和操纵稳定性，对车辆悬架系统参数进行了高效优化;

文献[3]通过分析车速、轴距、悬架刚度、阻尼等对路面损伤的影响，得出道路破

坏系数对于悬架刚度和阻尼极为敏感；文献[4]针对平顺性与操纵稳定性的相互影

响机理进行分析；文献[5]兼顾行驶平顺性和道路友好性建立了载货车的悬架参数

优化模型，对悬架参数进行了优化分析；文献[6]为改善某商用车的平顺性和道路

友好性，对悬架刚度和阻尼进行了优化；综合国内外汽车平顺性、操纵稳定性与道

路友好性及车辆性能参数优化研究现状，尽管学者们做了大量研究，但在车辆—

路面相互作用的研究中仍存在不足：其研究内容多为车辆平顺性或操纵稳定性与道

路损伤相结合[7]，尤其是关于载货车稳定性与路面损伤相互关系的研究极为少见.

且研究结果多是通过分析优化相关参数后，平顺性或操纵稳定性得到了一定的改善，

但随着公路的高速化、重载化，提高重载汽车整体性能，延长汽车零部件寿命，减

少道路损伤维修费用为目的的基于道路友好性的整车动力学综合性能研究是一个值

得探讨的重大课题，因此对于汽车的主要动力学性能平顺性和稳定性兼顾道路友好

性的综合性研究分析，尤其是对与3方面性能均有密切关系的汽车悬架参数的优

化分析，在汽车产业具有重要的理论意义和工程应用价值.

在汽车动力学研究和路面动力学研究中，路面的不平整引起车辆的振动，车辆的振

动又反作用于路面，激励输入模型能否准确地反映实际研究的路面对汽车性能分析

研究的准确性有着极其重要的影响，目前对于路面随机激励模型的构建常用理论模

拟法，针对路面不平度的理论模拟法国内外学者进行了大量的研究和验证，模拟方

法主要有滤波白噪声法[8]、谐波叠加法[9]、AR或ARMA模型[10]等，滤波白噪

声法和谐波叠加法主要适宜单轮路面激励的时域分析，且计算量大；AR或ARMA

模型对于路面不平度的检测数据有限.因此，建立合理的路面模型对车辆动力学性

能研究至关重要.

本文作者以三轴重载车DFL1250A9为例，分别建立其平顺性仿真半车模型和稳定

性动力学分析模型，构建B级路面的三点虚拟随机激励模型，针对重载车在转弯

工况下不同的行驶力学性能——平顺性和侧倾稳定性，指出悬架参数与道路友好

性评价指标、侧倾稳定性评价指标、平顺性评价指标之间的关系，对重载汽车侧倾

稳定性、平顺性基于道路友好性进行了多目标优化分析.

1载货车动力学模型

1.1重载汽车动力学半车模型

汽车行驶中会受到纵向、垂向和横向3个方向的输入，各方向所表现出来的运动

响应特性必然是相互作