升降车多体动力学建模及目标函数的构建:  升降车出租, 中山升降车出租, 中山升降车租赁 本次研究采用1/4车辆模型，该模型在进行第三章研究工作时已经建立好，通过不断替换非线性刚度属性文件即可改变模型中油气弹簧的非线性刚度特性，通过改变模型中簧载质量部件(Part)的质量属性即可模拟满载和空载两种载荷状态。由上文可知总共进行72次仿真计算。由于仿真次数有限，为了减少更改模型属性文件带来的繁琐工作量，本文选择一次性在ADAMS中建立72个1/4车辆模型，分别赋予不同的刚度属性和质量属性，以模拟前后悬架不同刚度不同装载质量下的工况，一次仿真即可得出所需要的所有工况下的结果。为了对油气悬架的非线性刚度进行优化，以最大限度的同时满足车辆满载和空载情况下的要求，需要定义新的目标量将升降车满载和空载条件下的平顺性、悬架动挠度以及车轮动载荷进行统一考量。参照多目标优化中的归一化思想，将不同工况条件下的仿真结果赋予各自的权重系数，本文根据升降车实际使用过程中两种装载状态的时间比例作为权重分配的依据，由于升降车限速较低（通常不高于35km/h），其满载和空载时的车速差别有限，故可近似认为升降车满载和空载时的平均车速相同，则其满载和空载的运行时间亦相等，所以可将满载仿真结果和空载仿真结果的权重设定为0.5和0.5。本次优化的目标定义为：（1）综合车身垂向加速度均方根值：22=0.50.5zzz  满载空载；（2）综合悬架动挠度均方根值：22=0.50.5 满载空载；（3）综合轮胎动载荷均方根值：22=0.50.5F 满载空载。下面进行模型的仿真和优化工作。

   

      通过在ADAMS中进行仿真，得到了升降车在满载和空载状态下，使用不同变刚度特性的前后油气悬架的平顺性仿真结果。仿真工况为D级路面,车速30km/h。下面对这些结果进行分析和说明。 为了说明上的方便，将仿真中的各个油气弹簧进行编号，编号号码与等效初始气柱高度相对应。编号号码越大，对应的油气弹簧刚度曲线形状越平缓，编号号码越小，对应的油气弹簧刚度曲线形状越陡峭。根据油气弹簧非线性刚度的实验设计仿真结果绘制出前悬车身加速度均方根值、前悬动挠度均方根值、前轮动载荷均方根值.  随油气弹簧非线性刚度的变化曲线。下面对结果进行分析，并得出优化结论。  随着满载状态下油气弹簧等效气柱高度的增加，满载和空载状态下的簧载质量加速度均逐渐减小。当满载油气弹簧等效初始气柱高度在40~100mm范围内时，簧载质量的加速度均方根值随油气弹簧刚度的改变发生显著的变化；当满载油气弹簧等效初始气柱高度超过100mm后，刚度曲线形状的变化对于簧载质量加速度的影响相对减弱。 在所研究的初始气柱高度变化范围内，刚度曲线形状对悬架动挠80度的影响较为有限，悬架动挠度均方根值较小，小于设计限定条件50mm，故各条刚度曲线均在满足动挠度要求的范围内。随着等效初始气柱高度的增加，前悬架动挠度整体呈现增加的趋势，但是在满载初始气柱高度小于100mm时，动挠度曲线存在极值；综合考虑满载和空载情况的动挠度曲线存在最小值，对应的静平衡位置下油气弹簧等效气柱高度为90mm。  随着满载状态下油气弹簧等效气柱高度的增加，满载和空载状态下的前轮胎动载荷均逐渐减小。当满载油气弹簧等效初始气柱高度在40~100mm范围内时，前轮胎动载荷的均方根值随油气弹簧刚度曲线的改变发生显著的变化；当满载油气弹簧等效初始气柱高度超过100mm后，油气弹簧非线性刚度曲线的形状对于簧载质量加速度的影响相对较弱。由前悬满载和空载下的静载荷可计算出对前轮胎动载荷的限定条件分别为：前轮满载动载荷不超过190kN，空载动载荷不超过117kN。从图中可以看出，各条非线性刚度曲线下的轮胎动载荷均未超过限定条件，但是满载情况下，当静平衡等效气柱高度小于55mm时轮胎动载荷已经接近160kN，增大了轮胎跳离地面的概率，所以应尽量避免选用过小的等效气柱高。综合以上的分析结果，得出最优的非线性刚度曲线为编号90的油气弹簧刚度曲线，即满载静平衡位置时油气弹簧等效气柱高度为90mm，刚度曲线。在该刚度条件下，由二自由度系统得到的仿真结果。与优化前原有的设计结果对比，可以发现优化后的非线性刚度曲线改善了车身的平顺性，达到了优化的目的。

      

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       后悬架仿真优化结果采用与上文相同的方法，对后悬架非线性刚度曲线进行优化设计，根据油气弹簧非线性刚度的实验设计仿真结果绘制出后悬车身加速度均方根值、后悬动挠度均方根值、后轮动载荷均方根值随油气弹簧非线性刚度的变化曲线。下面对结果进行分析，并得出优化结论。 可知，随着满载状态下油气弹簧等效气柱高度的增加，满载和空载状态下的后悬簧载质量加速度均逐渐减小。当满载油气弹簧等效初始气柱高度在8220~70mm范围内时，簧载质量的加速度均方根值随油气弹簧刚度的改变发生显著的变化；当满载油气弹簧等效初始气柱高度超过70mm后，刚度曲线形状的变化对于簧载质量加速度的影响相对减弱。 在所研究的初始气柱高度变化范围内，刚度曲线形状对满载时悬架动挠度的影响较为有限，对空载时悬架动挠度有较明显影响，悬架动挠度均方根值均小于设计要求规定的动挠度限定条件50mm，故各条刚度曲线均在满足动挠度要求的范围内。随着等效初始气柱高度的增加，前悬架动挠度整体呈现增加的趋势，但是在满载初始气柱高度小于50mm时，动挠度曲线存在极值；综合考虑满载和空载情况的动挠度曲线存在最小值，对应的静平衡位置下油气弹簧等效气柱高度为30mm。 随着满载状态下油气弹簧等效气柱高度的增加，满载状态下的后轮胎动载荷显著减小，空载状态下的后轮胎动载荷略有增加但变化量较小。当满载油气弹簧等效初始气柱高度在20~70mm范围内时，满载后轮胎动载荷的均方根值随油气弹簧刚度曲线的改变发生显著的变化；当满载油气弹簧等效初始气柱高度超过70mm后，油气弹簧非线性刚度曲线的形状对于后轮胎动载荷的影响相对减弱。由后悬满载和空载下的静载荷可计算出对后轮胎动载荷的限定条件分别为：满载动载荷不超过257kN，空载动载荷不超过62kN。从图中可以看出，为了不超过轮荷限制条件，后悬满载静平衡位置时的等效气柱高度不应小于30mm，而空载时的动载荷虽未超过限制，但随着气柱高度增加轮荷有接近限定值的趋势，所以气柱高度也不应过大。综合以上的分析结果，得出后悬最优的非线性刚度曲线为编号30的油气弹簧刚度曲线，即满载静平衡位置时后悬油气弹簧等效气柱高度为30mm，刚度曲线如图5.8所示。在该刚度条件下，由二自由度系统得到的仿真结果。 可以发现优化后的非线性刚度曲线改善了车身的平顺性，达到了优化的目的。  为了验证优化结论，在ADAMS/Car中建立升降车整车多体动力学模型。模型中包括了车身、前后悬架、前后车轮、制动、转向、动力等子系统，共有61个自由度；考虑实车上柔性连接件的影响，建模过程中一些部件之间采用了轴套作为柔性的连接方式，使模型与实车更为接近，对模型进行道路平顺性模拟仿真，对比悬架非线性参数优化前后驾驶员处平顺性的改善情况。 考虑升降车实际使用时的常用车速及路面条件，将仿真路面设为D级随机路面，用MATLAB编程构造出3D等效容积（3DEquivalent-Volume）路面加载到仿真过程中；对车辆在满载和空载状态下以20km/h、25km/h、30km/h、35km/h四种车速行驶时驾驶员处的平顺性进行综合评价和比较，统计仿真结果。优化后，空满载条件下的驾驶员处平顺性均得到了很好的改善。

      主要讨论了簧载质量变化较大时油气弹簧非线性刚度的优化问题，利用油气弹簧刚度公式构造出不同的非线性刚度曲线，将其代入到基于某升降车实例所建立的多体动力学模型中进行平顺性仿真，总结出车辆平顺性、悬架动挠度和轮胎动载荷随刚度曲线形状的变化规律，进而总结得到在簧载质量变化（即升降车载货量）一定的条件下，使车辆满载空载综合平顺性达到最好的油气悬架非线性刚度曲线。通过对整车进行多体动力学建模和仿真，对优化结果进行了验证。本文应用某升降车的车辆参数，对车辆中单气室油气悬架非线性刚度和阻尼的优化匹配问题展开了研究，主要工作内容及结论如下：（1）通过对二自由度悬架模型中，油气悬架等效线性化刚度和阻尼与车身加速度、悬架动挠度、车轮动载荷的关系进行仿真试验设计，得到油气悬架等效刚度和阻尼对上述平顺性指标的影响规律，利用ADAMS/Insight优化得到最优等效刚度和等效阻尼系数，并利用等效线性化逆运算得到了油气悬架最佳的非线性刚度曲线和非线性阻尼曲线。（2）通过对半车悬架模型中，前后油气悬架等效线性化的刚度和阻尼系数与驾驶员处加速度、前后悬架动挠度、前后车轮动载荷的关系进行仿真试验设计，得到了双轴车辆前后悬架等效刚度的匹配关系、等效阻尼系数的匹配关系对于上述平顺性指标的影响规律，确定了使车辆平顺性最优的轴间偏频比、轴间阻尼比的范围，以及前后油气悬架最优的等效刚度和阻尼系数，并利用等效线性化逆运算逆推构造出了相应的非线性刚度和阻尼曲线。http://www.panyuyuntichechuzu.com/

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