非线性弹簧汽车悬架设计方法研究

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浯大学

硕士学位论文

申请学位级别亟±堂僮专业名称茎麴工程

学位授予单位和日期

２００３年月日

摘要

本论文主要对非线性弹簧懋桨系统进行了深入的研究，并以此为基础探讨了利用多目标优化的方法对非线性弹簧悬架进行优化瑟计。提出了交互式优化方法在非线性弹簧悬架设计中的麻用。在给出较为理想非线性非线性特性之后。探讨了非线性懋架的实现方法。

由予汽车在工作时，簧载磺量经常会发生变亿。线性悬架只§女是空载和满载薛的一个折衷。｛｝线性悬絮是解决这个矛瓣豹途径之一。｛＃线性褒论土运币翅线燃理论成熟，许多ｌ＃线性的理论求嬲方法只能针对弱｛｝线性问题。统计等效线性化法在处理非线性问题时，没有什么限制，非常适用于各种工程问题。本文利用了等效线性化法分析了四分之～车模型在受随机激励下的等效刚度，为懋架刚度的优化设计撬供了基础。

陡蓑计舅梳技术的教震，黻数馕计算为蒌硝静优证技零或为解决非线性闼戆翡有力武器。透过实验验证了Ｓｉｍｕｌｉｎｋ求解ａ＃线性徽分方程的可靠性，将交互媲划化法应用于ａ＃线性懋架的设计中，取彳导了较好的效果。

最厨讨论了非线性悬架的实现方法一螺旋弹簧和空气弹簧，讨论了ＣＡＤ、ＣＡＥ技术在非线性弹簧设计中的应用。

关键词：汽车非线性弹簧悬架等效线性化数值仿真多躁标优化交互规划法有限元Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

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第一章蘧言

汽车工照廷我国的支柱产监之一，黼时也楚～个国家生产力发震承平及酱家发遮程度静标志。随着改革开放的不断推进与深入，快速提高的生产能力与幽于历史原因造成的设计开发熊力相对落后之阀的矛盾遍使各主饕汽车生产厂家不赣；ｌ迸技术或产晶良维持生产，保持竞争力。随着ＷＴＯ舰定的对我国幼稚工业（如汽车）的保护期限的不断Ｉ临近，竞争将更加激熏。大汽车厂商鄯迫切需鼙提高蜜融静自主开发能力。大力开震汽车设计的基础性研究是提高自主开发能力的最有效手段。

§１．１研究的范围和意义

悬架系统对汽窜的乘坐舒适性起决定作用的汽车，在传统的汽车设计理论中总是将其看作一个线性子系统，这样做的主要目盼是为了簿亿分析，但事实上所有的汽车悬絮系统都存在一定程度的非线性，这些非线性来源于汽车悬架的构成元件，悬架结构以及材料等方面。随着设计制造技术的提高，非线性悬絮元件在汽车上的艘用匿益广泛，特别是非线性螺旋弹簧。非线性元件在汽车悬絮上的应用对汽车传统的悬架设计理论提出了新了课题。避年来有关非线性特性对汽车性能的影响的研究懿及罴有非线髋特性的零部件在汽车上的碰用研究在国内外汽车工程领域内蓬勃开展，熄前沿研究课题。计算机技术的飞速发展，更为汽车非线性悬架设计的理论分析提供了有力的手段。

大量早期的汽车设计经验证明，采用非线性特性的悬架弹性元件可以提高车辆自勺行驶平顺性，已经广泛采＿蘼｜的空气弹簧悬架，油气悬架，橡胶懋架，以及受微机控铺的主动式，半主动式悬槊都是非线性悬架谯汽车上应用的生动例子；近十年来，随着制造水平的提高，非线性螺旋弹簧开始鞭代线性螺旋弹簧出现在撮多轿车的憝架系统中。非线性螺旋弹簧在汽车上的应用不仅提高了汽车的行驶平顺性，同时对汽车的稳定性，嶷全性都起到了改善作用。相对于前面提到的那些非线性悬架来说，非线性螺旋弹簧悬架在成本，可靠性等方蕊都占掭极大豹优势，因此，对于中低档轿车瓣言，采塌这种形式弹性元件的悬架必将成为将来轿车悬架设计的发展趋势。

在汽车的平顾性研究中，悬架特性参数中主要考虑的是悬架祭统的刚艘特性和阻尼特性这两个方蕊。由于非线性阻憾特性对汽车平顺性的影响的研究已经有较多的论述，因此本文将授究重点放在具旖非线性弹性特性的汽车非线性螺旋弹簧悬架的设计理论上。

同济大学硕士论文第一章前言本文从线性悬架设计方法为开端，在分析了悬架参数对整车性能的影响之后，提出了线性弹簧悬架的所具有的缺陷。然后利用非线性动力学理论对非线性弹簧悬架进行分析，指出非线性弹簧特性的设计方向。进而，在通过试验验证了搭建的仿真系统的可靠性之后，以数值计算为基础利用多目标优化的方法对非线性弹簧悬架进行了优化设计，给出了可靠的优化设计的方法，最后对非线性弹簧本身的实现方法进行研究。以此建立起一套比较完整的汽车非线性弹簧悬架的设计方法。

非线性弹簧悬架能够在不需要消耗附加能量的情况下改善汽车的舒适性和稳定性。可以说它是符合“可持续发展”的思想和潮流的。实现非线性的途径有很多，一般只要能够提出要求，在技术实现上不会遇到太大的阻力，特别是通过传统的螺旋弹簧和钢板弹簧都能够实现，并满足要求。这样，非线性弹簧悬架的成本可以控制得较低，有着广阔的推广前景，特别是正在发展中的我国汽车工业。

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