平稳随机激励下平顺性最优非线性车辆悬架特性算法研究

研制特性更优的悬架是提高车辆平顺性的重要途径。复杂导向杆系，新型弹性和阻尼元件的应用以及悬架连接部件中大量橡胶件的使用在提高车辆平顺性的同时，使得悬架的非线性更为显著。缺乏有效的非线性悬架特性优化算法制约了悬架结构创新和性能的进一步提高。本项目以车辆单轮非线性悬架系统为研究对象，在工程可实现的约束条件下，探索在稳态随机输入下，使得平顺性指标最优的悬架非线性特性函数的计算方法。具体内容包括：根据悬架的动力学特性和悬架部件的特性确定约束条件；构造基于带限滤波白噪声输入下可求取稳态解析解的悬架特性函数类，应用变分和泛函理论，推导平顺性指标稳态响应最优的非线性悬架特性表达形式，利用数值仿真和台架试验对结果正确性进行有限检验。本项目的结果为新型被动悬架设计和基于统计最优的半主动悬架的控制策略研究提供理论支持。

研制特性更优的悬架是提高车辆平顺性的重要途径。复杂导向杆系，新型弹性和阻尼元件的应用以及悬架连接部件中大量橡胶件的使用在提高车辆平顺性的同时，使得悬架的非线性更为显著。缺乏有效的非线性悬架刚度优化算法制约了悬架结构创新和性能的进一步提高。本项目以车辆单轮非线性悬架系统为研究对象，在工程可实现的约束条件下，探索在稳态随机输入下，使得平顺性指标最优的悬架非线性刚度函数的计算方法。具体内容包括：根据不同类型弹性元件的结构和台架试验数据，确定了工程用弹性元件在大变形条件下都是压缩弹性渐增，复原弹性渐减的非对称刚度非线性弹簧；提出了4条对非线性弹簧优化的约束条件；首次提出了用三阶拟合多项式对非对称非线性刚度进行替代的方法，解决了传统静平衡位置泰勒级数展开在弹簧大变形情况下误差过大的问题，使得后续统计线性化方法可以得到简洁的封闭解。推导了二自由度非线性悬架在有理谱高斯噪声输入下的Hamilton方程，证明了对于Duffing软簧无法用FPK法求精确稳态解的结论。构造滤波白噪声的路面谱输入，应用统计线性化方法，计算簧上质量加速度的均方根值和悬架动挠度的均方根值，根据4条约束条件，得到了簧上质量加速度稳态响应最优的非线性悬架特性表达形式。根据悬架的力学特性，给出了最优刚度特性的近似算法。近似算法可以满足工程设计时的估算，并为精确求解最优悬架刚度特性参数提供初值。利用数值仿真模型对理论结果正确性进行了验证，并通过台架试验对数值仿真模型进行了检验。本项目的结果为新型被动悬架设计和基于统计最优半主动悬架的控制策略研究提供理论支持。