王 強(qiáng)，陳 敏，蔡青格

（63981部隊(duì)，武漢 430311）

輪式車(chē)輛半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究

王 強(qiáng)，陳 敏，蔡青格

（63981部隊(duì)，武漢 430311）

本文簡(jiǎn)要介紹目前輪式車(chē)輛常用的三種懸掛，對(duì)比三種懸掛的系統(tǒng)特性，分析半主動(dòng)懸掛的優(yōu)點(diǎn)。以半主動(dòng)懸掛為研究對(duì)象，利用最優(yōu)控制方法建立，建立輪式車(chē)輛半主動(dòng)懸掛的整車(chē)模型，推導(dǎo)半主動(dòng)懸掛整車(chē)模型的狀態(tài)方程，并利用非經(jīng)典模態(tài)分析法對(duì)輪式車(chē)輛半主動(dòng)懸掛進(jìn)行了推導(dǎo)得到矩陣方程，為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。

半主動(dòng)懸掛；整車(chē)模型；狀態(tài)方程

1 前言

懸掛系統(tǒng)起著彈性連接車(chē)架與輪胎、減緩和衰減不同道路情況顛簸而引起的沖擊振動(dòng)，確保車(chē)輛行駛平穩(wěn)與駕駛?cè)藛T的舒適性。性能良好的懸掛應(yīng)滿(mǎn)足車(chē)輛高速機(jī)動(dòng)性、高通過(guò)性和高乘員舒適性［1］。

被動(dòng)懸掛系統(tǒng)：主要由彈簧和減振器組成，減振器的阻尼力隨著振動(dòng)速度的增大而增大，振動(dòng)頻率增加，等效剛度增大，對(duì)高頻衰減能力降低，不能隨著路面情況的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減振效果一般。

主動(dòng)懸掛系統(tǒng)：懸掛系統(tǒng)中加入有源可控元件—作動(dòng)器，按照控制規(guī)律產(chǎn)生合適的懸掛力，抑制振動(dòng)，它由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和決策機(jī)構(gòu)構(gòu)成閉合控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，減振效果優(yōu)異。

半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)：使阻尼器按照路線(xiàn)和車(chē)輛實(shí)際情況調(diào)整阻尼的大小，做到無(wú)極調(diào)節(jié)，避免了主動(dòng)懸掛中高成本的作動(dòng)器和復(fù)雜的能量控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，減振效果好。

半主動(dòng)懸掛相對(duì)于被動(dòng)懸掛在減震效果上有明顯的優(yōu)勢(shì)，在達(dá)到接近主動(dòng)懸掛性能的同時(shí)，又具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、能耗較低等特點(diǎn)，具有良好的工程應(yīng)用前景，已成為車(chē)輛工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。彭志召對(duì)半主動(dòng)懸掛的頻域控制算法進(jìn)行了研究［2］，陳兵對(duì)履帶車(chē)輛的半主動(dòng)懸掛的仿真進(jìn)行了分析等。本文將以半主動(dòng)懸掛為研究對(duì)象，利用最優(yōu)控制方法建立半主動(dòng)懸掛整車(chē)模型，通過(guò)非經(jīng)典線(xiàn)性系統(tǒng)模型分析法對(duì)整車(chē)狀態(tài)方程進(jìn)行研究和分析。

2 模型建立

目前對(duì)半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的研究多采用四分之一車(chē)體或者半車(chē)模型，雖然能夠分析，但是和實(shí)際工況的響應(yīng)有著一定的出入，為符合實(shí)際運(yùn)行情況下輪式車(chē)輛懸掛的減振效果，考慮車(chē)體質(zhì)心振動(dòng)和各個(gè)車(chē)輪輪心自由度的相關(guān)性。

假設(shè)車(chē)身為剛性的，在垂直方向，左右傾斜，前后俯仰方向有三個(gè)自由度，通過(guò)懸掛系統(tǒng)與車(chē)身連接的四個(gè)輪子簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)，由此組成七個(gè)自由度的系統(tǒng)，由動(dòng)力學(xué)理論可得其動(dòng)力學(xué)方程為：

為了更明確的表達(dá)系統(tǒng)的振動(dòng)，用狀態(tài)方程形式表達(dá)得：

用加速計(jì)測(cè)算出垂直方向的運(yùn)動(dòng)（例如

和

這樣就得到了輪式車(chē)輛半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)整車(chē)的狀態(tài)方程：

得到狀態(tài)方程后可對(duì)車(chē)輛進(jìn)行力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的分析，為后續(xù)懸掛的研究和優(yōu)化提供基礎(chǔ)。

3 模態(tài)分析

由于半主動(dòng)懸掛阻尼器可以調(diào)節(jié)，不能用經(jīng)典線(xiàn)性力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，因此采用非經(jīng)典模態(tài)分析法

由公式（3）可得半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)整車(chē)模型無(wú)外激勵(lì)情況下的狀態(tài)方程：

在半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中可采用LQR優(yōu)化算法，得到反饋增益矩陣?？傻茫?/p>

以矩陣形式表示可得：

通過(guò)對(duì)以上分線(xiàn)性系統(tǒng)模態(tài)分析方法的分析得到了輪式車(chē)輛半主動(dòng)懸掛矩陣方程，推導(dǎo)分析可以得到系統(tǒng)的特征值和特征向量。

4 總結(jié)

本文以輪式車(chē)輛為研究對(duì)象，建立整車(chē)模型，推導(dǎo)出整車(chē)的狀態(tài)方程，再通過(guò)非經(jīng)典模態(tài)分析法，得到矩陣方程，可進(jìn)一步了解整車(chē)模型的固有特性和靈敏度。以此為依據(jù)考察個(gè)參數(shù)對(duì)整個(gè)懸掛系統(tǒng)減振效果的影響，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)體統(tǒng)理論依據(jù)。

［1］陳家瑞，馬天飛.汽車(chē)構(gòu)造［M］.北京：人民交通出版社，2009：226-242.

［2］彭志召，張進(jìn)秋，張雨等.車(chē)輛半主動(dòng)懸掛的頻域控制算法［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，27（04）：36-42.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.221