基于matlab,的轿车减振器的平顺性优化研究

摘要：近年来，随社会的发展需要和人民生活水平的不断提高，汽车已走进千家万户，同时人们对汽车乘坐舒适性和平顺性要求越来越高。本文以奥迪100轿车为例，在完成相应数学模型优化模型的基础上，采用matlab的fmincon函数对各个参数进行优化，试验表明可以获得较好的优化结果。

关键词：平顺性；减震器；奥迪轿车；优化；

1 引言

最优化是一个古老的问题，追求最优目标一直是人类的理想，长期以来，人们对最优化问题进行不断的探讨和研究。最优化方法就是从众多可能的解决方案中选择最佳者，以达到最优目标的科学。早在17世纪，英国伟大的科学家Newton 开创了微积分时代，就已经提出极值问题；自20世纪40年代以来，由于生产和科学研究突飞猛进地发展，最优化理论和方法日益受到人们的重视，特别是计算机日益广泛应用，使最优化问题的研究不仅成为一种迫切的需要，而且有了求解的有力工具，最优化理论和算法在实际应用中正在发挥着越来越重要的作用。本文使用matlab的fmincon函数对其进行优化。

2.减震器的优化模型建立

2.1优化设计就是要使某一个或者几个指定的指标达到最优，如果只有一个优化目标就是单目标优化，若有两个或两个以上的优化目标就是多目标优化。本文是以汽车在C级路面上以40m/s速度直线高速行驶时驾驶员所受的垂直方向加速度均方根值作为单一优化目标，即以最大程度满足平顺性要求作为优化目标同样，此处选取的是1/4两自由度模型。

其中：

2.2约束条件

设计中，为了保持机械的安全性、实用性、功能性等，其设计变量和系统的状态变量等必须满足一定条件，这种条件就是约束条件 。

减少悬架刚度，可降低车身的固有频率。当汽车的其它结构参数不变时，要使悬架系统有低的固有频率，悬架就必须具备很大的静挠度。对于轿车，其悬架设计静挠度的范围一般为100～300mm，因此悬架的刚度约束范围为：

将 代入上式可以求得：

在悬架减振器设计中，常用相对阻尼系数 来评价振动衰减的快慢程度。其中 的表达式为：

式中，c为减振器阻尼系数， 为悬架刚度， 为簧载质量。

在设计时，对于无内摩擦的弹性元件悬架，取 ，由此可以得到阻尼系数的约束为：

将 代入上式可以求得：

3. 优化求解

fmincon功能：求多变量有约束非线性函数的最小值。 数学模型：

s.t. 非线性不等式约束

非线性等式约束

线性不等式约束

线性等式约束

设计变量的上下界

其中x， b， beq， lb，和ub为向量，A和Aeq 为矩阵，c（x）和ceq（x）为函数返回标量。f（x）， c（x）， 和 ceq（x）可以是非线性函数。

在设定一下不变得参数后，我们再设定需要优化的初始值。根据上提供的优化数学模型我们使用fmincon函数进行优化后。运算结果为：x ={ 29400 2027} fval =1.0799可以看出最后的悬架垂直刚度的最优匹配是k2=29400N/m；减振器阻尼系数的最优匹配值是c=2027（N·S/m）， 这种匹配情况下得到的簧载质量m2的垂直加速度均方根值为1.0799。得到如图1 的结果比较。

图1 优化前后比较图

4.结论

从上图优化前后簧载质量速度变化情况可以看出：经过优化，奥迪100型轿车进入稳态的时间减小，行驶平顺性得到了较大提高。所以我们采用的优化模型与优化方法达到了我们想要的结果。

参考文献

[1] 潘立.基于人椅系统三向振动的汽车平顺性建模与仿真[D].杭州：浙江工业大学，2004.

[2] 华欣.轿车悬架模型建立及计算机仿真[D].长春：长春工业大学，2007.

[3] 陈翠彪.基于多人载的汽车三维动力学平顺性仿真分析[D].合肥：合肥工业大学，2007.

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