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汽车悬架分析与优化

作者：张辉王宝堂王国华

来源：《中国科技博览》2013年第21期

摘要[]本文主要分析了基于自适应模糊控制的汽车悬架的仿真，基于ADAMS的汽车悬架

系统结构优化仿真，遗传算法的汽车悬架仿真与优化设计。通过对这三个方面的分析，可以对

汽车悬架分析优化形成整体的认识。

关键词[]汽车悬架；自适应模糊控制；ADAMS；遗传算法；分析；优化

中图分类号：U463.2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0000-00

悬架把汽车的车身与车轮两者进行弹性地连接，是现代汽车上的重要总成。汽车悬架的主

要作用是当汽车在路面行驶的时候，前轮及时定位各种参数的变化情况，掌握变化规律，这种

变化通过传递及时作用在车轮和车身之间的力和力矩上，缓和路面传给车身的冲击载荷，减少

承载系统的振动给车身带来的冲击，延长轮胎的使用时间，保证汽车在路面的平稳行驶。因

此，对汽车悬架的研究是实现悬架优化的重要条件。

一、基于自适应模糊控制的汽车悬架的仿真分析

采用自适应模糊控制器可以将简单的线性参数估计方法，用于分析和综合性能和自适应模

糊系统的稳定性。而且，自适应模糊系统在没有语言的情况下可以简化为一个标准的非线性自

适应控制器。

通过建立自适应模糊控制器AFC和汽车悬架的数学模型，然后利用Matlab软件进行仿真

分析。得出不同道路的违规行为，通过仿真将AFC控制下的悬架的扰动与最优LQR控制下的

悬架进行比较。下面是转盘的输入阶跃和正弦干扰下对自适应模糊控制的悬架进行的仿真比较

分析。

把两个阶跃输入加到轮胎合成道路干扰在路面上的扰动。第一个是阶跃变化，其中车轮接

触到0.1m的正阶跃。2秒钟后车轮接触到负0.2m的负阶跃。研究发现，自适应模糊控制使用

前，AFC和LQR控制可以取得非常接近的结果，但使用之后，AFC的改善作用明显，控制力

增强，其中轮胎的阻尼形变状况良好。

合成道路干扰的计算包括驾驶的参数，如自然频率簧载质量，车辆速度时间，迭代数，

道路质量系数等各方面的数据。同时，对仿真曲线图的研究发现，AFC控制下的轮胎变形量

减少了超过50%，而LQR控制下的轮胎变形量较大。

二、基于ADAMS的汽车悬架系统结构优化仿真

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当前，ADAMS是世界上应用最广泛的多体系统仿真分析软件，采用多体动力学原理进行

仿真，应用它可以方便地建立参数化的实体模。ADAMS软件使建模的步骤得到简化，速度进

一步增加。在模板中输入相关的数据，就可以快速建造悬架高精度虚拟仿真样机。下面的分析

采用两侧车轮同向跳动40mm的仿真工况进行仿真试验。仿真后进行处理可得到内倾角、车轮

外倾角、主销后倾角、主销内倾角随着车轮跳动行程的变化曲线。

、车轮前束角1

前束角是车轮中心线与汽车纵向对称轴线之间的夹角。为了使汽车行驶的每一瞬时车轮滚

动方向接近正前方，在前轮故意设置前束角。但是如果前束角过大会引起轮胎的异常磨损。。

、车轮外倾角2

车轮外倾角是车轮中心平面相对于地面垂直线的倾角。预设外倾角的目的是使汽车满载行

驶时外倾角接近零，从而使轮胎磨损均匀。外倾角应与车轮的跳动数值保持一致，倾角太大，

汽车的直线行驶能力就会大大下降。

、主销后倾角3

主销后倾角产生的回正力矩对转弯后的车轮有自动回正作用，可以提高汽车直线行驶能

力。后倾角的设置在2度-3度之间，后倾角太大，转向力就随之增加，造成车辆的转向不够灵

活。

、主销内倾角4

主销内倾角也会产生一个回正力矩从而具有使车轮自动回正的作用。但是主销内倾角与转

向阻力矩之间成正比的关系，如果转向角不断变大，那么转向阻力矩也增大。而且主销内倾角

会使转向时内轮的外倾角增大，一些车辆轮胎外侧的磨损就是因为内轮的外倾角增大所致。

、优5化设计

ADAMS可以设计复杂的试验来评价机械系统的性能，还可以进行单目标或多目标优化。

围绕上臂内的各个点位和主销上点的7个坐标，21个坐标变量为设计因子。在优化