基于多目标优化的多点力值车用减振器设计研究

发布时间：2020-04-10 06:30

【摘要】：减振器是车辆悬架结构中重要的组成部件,其性能直接影响车辆的操稳性、平顺性以及行驶安全性。减振器开发前期一般是由主机厂向减振器制造生产商输入所需减振器的外形安装尺寸、行程以及所关注速度点的示功特性等关键参数。随着车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性要求逐渐提升,当前主机厂对于减振器性能的验收条件也日益严苛,其对减振器多个速度点下示功特性提出要求。国内外多点力值减振器的生产和设计仍主要采用设计精度不高、研发周期长且成本高的“经验+反复试验”的模式,主要原因在于:一方面多点力值减振器内部结构复杂,影响因素众多且各参数对于其示功特性的影响并没有全面的定性定量分析,这将不便于在设计阶段对减振器的性能进行预测。另一方面多点力值减振器包含多个速度点下对于示功特性的不同要求,而示功特性大小是由多个设计参数决定,不同速度点的示功特性所对应的设计变量取值不同。多点力值减振器的设计是一个典型的多目标优化问题,如何选取多点力值减振器的设计变量以及如何权衡各速度点示功特性目标值相互间的矛盾,达到既定的性能目标,是当前多点力值减振器设计所面临的重大挑战。基于此,本文将就多点力值减振器设计问题展开研究,具体的研究工作如下:1.多点力值减振器基本构造理论分析及模型的建立验证。通过分析减振器的工作原理,结合选取的某型乘用车后悬架双筒液压减振器结构,在Amesim中建立其对应的仿真模型,并利用台架试验验证了模型的置信度。2.多点力值减振器示功特性影响因素及其灵敏度分析。利用多点力值减振器一维Amesim模型进行传统灵敏度分析,即采取中心差分格式解析各影响因素不同速度下对于示功特性的影响大小。3.“可行域贡献量”概念的提出及多点力值减振器示功特性影响因素“可行域贡献量”计算。“可行域贡献量”规避了传统多目标优化分析流程中灵敏度分析并未考虑影响因素实际的取值区间,影响因素中存在灵敏度较大但是实际取值区间较小、灵敏度小但是实际取值区间较大的情况,进而可能对参数实际的影响大小产生重大误判。多点力值减振器示功特性影响因素“可行域贡献量”由异响边界及合作企业提供的工程经验取值范围所确定的影响因素可行域结合传统灵敏度分析结果计算得来。4.多目标优化问题矛盾细分方法及多点力值减振器设计变量选取和组合。利用“可行域贡献量”分析结果将多目标问题的矛盾细化,即根据矛盾的强相关性将多个目标分为数个矛盾组,然后对于每个矛盾组进行详细解析,通过选取主要影响因素和调节性因素来达到对每个矛盾组的权衡和折中处理。利用上述方法将多点力值减振器设计中十个优化目标分为三个矛盾组,对于每个矛盾组有针对性地选取设计变量对各组矛盾进行协调。共计选取十个设计变量对多点力值减振器进行多目标优化设计。5.RSM模型的建立及多点力值减振器的多目标优化设计。为了提高多目标优化求解效率,利用减振器一维Amesim模型结合优化的拉丁超立方试验设计方法,进行450次试验,利用Isight软件对仿真结果进行计算,建立相应的RSM模型并验证其精度。并利用MATLAB的图形用户界面(GUI)开发多点力值减振器设计软件。最后利用合作企业所提出的多个速度工况下的两组减振器示功特性进行优化设计,两组优化设计中,最大误差率为3.27%,平均误差率小于1%,优化精度高于现有已知设计案例。6.综合上述分析研究,制定多点力值减振器设计规程。此设计规程相较于“经验+反复试验”及常规多目标设计方法更为高效,且能更好地满足减振器多点示功特性的要求,为同类工程问题的解决提供了指导。课题的创新点:1.文中对传统多目标优化流程进行改善,以达到提高产品设计过程中处理多目标优化问题的效率和精度,降低研发周期和研发成本的目的。首次提出“可行域贡献量”概念,即将设计变量的灵敏度与其可行范围相结合,运用到多目标优化流程中的参数选择过程。规避了传统灵敏度分析的误区,使得优化结果更具备实际工程意义。并首次将多目标问题的矛盾细化,即根据矛盾的强相关性将多个目标分为数个矛盾组,然后对于每个矛盾组进行详细解析,通过选取主要影响因素和调节性因素来达到对每个矛盾组的权衡和折中处理。为多目标问题的分析处理提供了全新有效的思路。2.建立与形成多点力值减振器设计规程。即综合多点力值减振器设计中仿真模型建立、多点力值减振器失效形式即影响因素可行域获取来源、设计变量的选取和组合和多目标优化设计等步骤,以规范化地指导同类工程问题的分析及解决,为同类工程问题的处理提供参考。此设计规程相较于“经验+反复试验”及常规多目标设计方法更为高效,且能更好地满足减振器多点示功特性的要求。
【图文】：

充气液,双筒,减振器

图 2-1 双筒式充气液压减振器结构理中由于弹性元件受到冲击产生振动，为了满足车辆的行驶安定性要求，车辆悬架中一般都安装有减振器，汽车悬架系统器[41]。液力减振器主要由储油缸和活塞缸两部分组成。减器内的油液便反复地从一个腔通过不同节流缝隙流入另一个孔壁间的摩擦对悬架的振动形成了阻尼力，使机械能转化为达到衰减悬架振动的作用。减振器的工作过程分为压缩和复中，活塞杆向下运动，此时活塞缸下腔压力增高，上腔压力缸间隙和流通阀从活塞缸下腔流向上腔，当活塞杆运动速度油液压力将克服流通阀预紧力，形成流通阀阀片与阀座环形存在，环形流道的高度将随着活塞杆速度的增加达到最大。动侵蚀了部分活塞缸上腔的体积，使得部分油液从活塞下腔

压缩行程,油液,减振器

2-2 压缩行程油液流动示意图图 2-3 复原行程油液流动示意型的建立假设气液力减振器是一个典型的非线性系统，其示功特性受多个因素影进行如下假设：在工作过程中不产生气泡。减振器在其工作过程中所产生的温度变化。减振器油液的重力势能。系节流压降以及缝隙节流压降外，，其他的流体能量损失忽略不计。模型建立
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.335.1

【参考文献】