随机路面激励下被动半主动悬架四分车模型的设计优化外文文献翻译、中英文翻译

附录1：外文翻译随机路面激励下被动半主动悬架四分车模型的设计优化G. VERROSS. NATSIAVAS亚里斯多德大学机械工程系，希腊(natsiavaauth.gr)C. PAPADIMITRIOU德国塞萨利大学机械与工业工程学系，38 334卷，希腊。(2005年3月28日获接纳2005年1月4日)文摘:提出了一种基于随机路面激励的非线性四分车模型悬架阻尼和刚度参数的优化方法。调查开始时，汽车模型涉及被动阻尼，具有恒定或双速率特性。在此基础上，我们还研究了悬架阻尼系数选取的汽车模型，从而使系统近似模拟了具有天钩阻尼的主动悬架系统的性能。对于半主动或无源双速率阻尼器的模型，等效悬架阻尼系数的值是关于车轮子系统的簧载质量相对速度的函数。因此，产生的运动方程是强非线性的。对于这些模型，首先采用适当的方法来获得由具有随机剖面的道路产生的运动的第二个力矩特征。该信息在车辆性能指标的定义下得到了进一步的应用，该指标对最重要的悬架参数进行了优化，得到了具有代表性的数值结果。特别关注道路质量的影响以及与车轮跳动有关的检查效果。最后，对被动线性悬架阻尼器和半主动减振器汽车所得到的结果进行了临界比较。关键词:四分车模型，双速率阻尼器，天钩阻尼，轮跳，随机优化。1. 介绍在汽车工业的许多领域，通常采用单自由度或双自由度四分之一汽车模型。这些ar-eas包括对地面车辆动态响应、识别、优化和控制的预测(如Karnopp等，19741 Harrison和Hammond, 19861 Sharp和Has-san, 19861 Hrovat, 19931 Dixon, 19961 Metallidis etal .， 2003)。这主要是由于四分之一车型的简单和他们提供的质量上正确的信息，特别是在骑车和搬运研究方面。此外，从这些简单的mod-els中提取的信息，为更详尽、准确和全面的研究提供了一个坚实的基础，更多的涉及到动力汽车模型(Verros et al.， 2000a)。本研究的主要目的是开发和应用一种系统的方法-ogy，使地面车辆的悬架阻尼和刚度参数在随机道路激励下的最佳组合。以往对该课题的研究大多涉及具有线性特征的汽车模型或受确定性道路激励作用的力学模型。此外，很少注意揭示和研究与车轮跳跃现象有关的重要影响，主要是由于其数学建模的固有困难(Palkovics和Venhovens, 19921 Verros和Natsiavas, 2001)。目前的工作结合最近的发展，涉及到对非线性四分之一车型的响应和优化，受到道路激励。在粒子-lar中，研究的模型包括具有强烈非线性阻尼和刚度特性的悬浮液，并允许车轮跳跃。此外，道路的不规则性被假定为random的性质，它们被频率光谱描述，这被认为是典型的汽车工程(Dodds和Robson, 19731 Gillespie, 1992)。然后将此激励应用于具有线性或双线性减震器和线性或三线性悬架弹簧的双自由度四分之一汽车模型。具体来说，除了线性模型外，还研究了带有被动或半主动悬架阻尼器的汽车系统。在最后一种情况下，根据悬架阻尼系数的选择，应用控制策略，使车辆接近理想状态的天钩。在阻尼或刚度系数可变的情况下，分析变得复杂，因为产生的运动方程涉及强非线性。类似的非线性也被引入到线性模型中，当车轮跳跃被包括在公式中(例如Verros和Natsiavas, 2001)。在选择了道路激发谱后，利用蒙特卡罗模拟法对所研究的非线性车辆模型进行了概率分析。随机道路轮廓的样本函数是利用光谱抑制方法生成的，然后通过对运动方程的积分(Shinozuka, 1972)计算出车辆对每个样本道路轮廓的响应。最后，利用所得到的样本车辆响应时间历史来估计响应的特征。这些特性反过来又形成了一个基础，这对于开发一个计算上合适和高效的优化过程是必要的。本论文的材料组织如下。在下一节中，我们介绍了被动和半主动的四分之一汽车模型。在第3节中，我们提出了一种计算非直线车辆模型的二阶矩特性的方法，该模型受已知光谱的随机道路轮廓的影响。该信息用于第4节，定义车辆性能指标，包括车辆行驶舒适性、车辆处理和悬挂的工作空间。然后，建立了基于该性能指标的悬架阻尼和刚度参数的最优值选择方法。在第5节中，给出了一些典型的数值结果，并通过应用该方法得到了一些数值结果。重点是对线性、双线性和天车模型的结果进行关键的比较。最后，总结了工作的重点。图1所示.车辆模型:(a)线性模型，(b)分段线性模型，(c)天钩模型。2. 力学模型本研究中研究的车辆系统的力学模型如图1所示。它们被称为四分之一车型，由于它们的简单性和质量上的正确信息，它们被广泛应用于汽车工程中，至少在最初的设计阶段(Hrovat, 1993年)。在所有情况下，坐标x1和x2分别表示车轮子系统和车身的绝对垂直位移。首先，对于图1(a)的线性模型，运动方程可以很容易地放入经典矩阵形式。其中x1t2 - 5 1x1 x22t表示响应向量，而数量表示质量矩阵，阻尼矩阵，以及系统的刚度矩阵。此外，矢量f 1t2包括由于道路粗糙度而产生的强迫项。特别地，车辆被假定为以一个恒定的水平速度40在道路上的一个侧面图s1z2。在这里，这个配置文件由一个随机过程表示，它具有统计分布，这与典型的道路概况(Dodds和Robson, 1973)的测量是一致的。因此，强迫向量是以形式表示的。其中xg 1t2, s140t2。图2.(a)悬浮阻尼器的受力特性。(b)恢复弹簧的力。(c)天钩模型的等效悬架阻尼系数。图1(b)和图1(a)中所示的模型的主要区别是，前者遵循一种常用的被动控制策略，即悬架阻尼系数c2在两个不同的值之间转换的值。更具体地说，对于这个模型，车身和车轮之间形成的阻尼力具有这种形式。其中x4 5 x42 6 x41。这意味着悬架阻尼系数取决于簧载质量与非簧载质量之间相对速度的符号，如图2(a)所示。换句话说，它在压缩时的值与扩展值不同(例如，沃尔玛公司，19901 Surace et al.， 1992)。此外，悬架弹簧也可能具有分段线性特性。一般情况下，典型的汽车悬架的恢复力具有非线性特性，可以通过折叠表达得到足够的精度。其中x5 x2 6 x1，而xc和xe表示被暂停的间隙(参见图2(b)。最后，图1(c)所示的力学模型被称为理想的“天钩”模型，并在传统悬架模型(Verros et al.， 2000b)上具有一定的优势。此外，该模型还包括了一个带阻尼系数的阻尼器阻尼器，它比轮胎的等效阻尼系数c1要大得多。在最简单的形式中，该模型具有线性特征。然而，由于不可能实现这类悬架，必须采用适当的控制策略，修改其特性。根据前人对这一课题的研究，采用以下控制力对天钩模型的行为进行了研究。在系统的两个质量之间。这意味着，为了对车辆进行主动控制，需要对悬架阻尼系数值进行连续监测，比如c92，基于对x41、x42和x4g的量的测量。在实际操作中，最经济、最容易实现的策略是基于半主动控制逻辑，采用双开关阻尼器。更具体地说，从c21和c22选取适当的阻尼系数值的公式中选择等效的悬挂阻尼系数(见图2(c)。在被动双线性或半主动控制策略的应用后产生的动力系统是强非线性的，因为悬架阻尼系数的值在某些点上发生变化。此外，即使对于具有线性特性的系统，当允许车轮单独分离和起飞时，也会产生强烈的非线性效应。这一现象被称为“车轮跳跃”(wheel hop in the literature)，它对车辆的整体动态响应产生了巨大的变化(Verros和Natsiavas, 2001)。为了将这种可能性纳入到力学模型中，首先引入了运动学变量。然后，如果X1 5 0，轮子与地面没有接触，当接触力在车轮与地面之间产生接触力的时间间隔内，失去接触，等于零(Leine et al.， 2000)。最后，运动方程的相应修正是，在轮作阶段，k1、c1和强制函数f 1t2等于零。3. 随机路面情况下的响应特性。一般来说，典型的道路是存在着大量的孤立的不规则现象，例如坑坑洼洼或凸起，它们被叠加在较小的但连续分布的剖面上。为了本研究的目的，我们只考虑后一种类型的道路。也就是说，本节讨论的是在前一节给出的车辆模型的二阶矩响应特性的估计。这些随机域是实值的，零均值，平稳，高斯分布。因此，对于他们的完整的统计描述，足以指定他们的二阶矩。在这里，这一要求是通过假设道路不规则有一个已知的单面功率谱密度来实现的，例如Sg 192，其中9 5 2是一个空间频率，对应的是一个具有波长的谐波规律性。根据之前对该主题的许多调查(例如，Dodds和Robson, 1973)，典型道路的几何轮廓非常精确地符合以下简单的分析形式。用对数对数刻度表示的直线。用这种方法，两种不同道路断面的粗糙度的振幅比与各自的Ag值的平方根比成正比。此外，在公式(5)中选择指数的值为n 5 2时，通常是相当准确和分析方便的，这也就意味着道路坡度具有类似于白噪声信号的特征。定性地说，在方程(5)中，指数n的一个很大的值强调了较长的波长的粗糙度，而它抑制了较短的波长的粗糙度。由于这一原因，人们普遍认为，与典型道路的几何轮廓相对应的光谱，可以通过如下的更复杂的函数来近似。其中，9051,2是一个参考空间频率。此外，价值Sg1902提供了一种衡量道路粗糙度的措施。在这里，指数被选择了，因此n1 5n2和结果谱在一个对数对数尺度上显示了一个斜率不连续的9 590。最后，由于Sg 192的值趋近于9 0，所以路谱被高通滤波器滤波。对于具有线性特性的车辆模型的特殊情况，对道路轮廓谱密度和车辆速度的知识通过众所周知的公式(Lutes和Sarkani, 1997)对固定车辆响应的谱密度进行评估在前面的方程中，5 940是时间频率，Sx x 1 2和Sgg 1 2表示。响应和强迫的谱密度矩阵分别为，H - 1 2，包括系统的频率响应函数，而上标T，分别表示转位和共轭(如:Roberts和Spanos, 1990)。通过对这些响应的功率谱密度函数的积分，可以很容易地得到各种响应量的正极矩特征。然而，在前一节中提出的所有车辆模型，除了没有车轮跳跃的线性模型外，都具有包含强非线性的运动方程。在这种情况下，频域分析不再有效，而对二阶矩响应特性的分析公式是不可用的。对于这种情况，使用蒙特卡罗模拟法评估响应的概率特征，并结合早期为分段线性系统开发的合适的集成方法(例如Natsiavas, 19931 Verros等，2000b)。特别地，对于非线性车辆模型，道路轮廓的样本是使用光谱表示方法生成的(Shinozuka, 19721 Shinozuka和Deodatis, 1991)。更具体地说，如果假设车辆在给定的道路上以恒定的水平速度行驶40英里，那么由于道路的不规范而产生的强迫行为可以通过下面的系列来模拟。在前一个方程中，从所选的道路光谱中对激励谐波的振幅进行了评价，其中，952l和L是考虑的路段长度。此外，还确定了基本的时间频率0的值。而阶段n被视为随机变量，在区间内的均匀分布03 2 2。然后，通过对运动方程的积分，计算出车辆对各样本道路轮廓的响应。最后，利用样本响应估计了响应的二阶矩特征。几百个样本通常足以获得对反应第二时刻的适当估计。上述选择基激发历史的方法需要了解道路轮廓的功率谱密度和车辆速度的水平分量。图3(a)显示了两组道路的光谱，这是在第五部分中进行的数值计算的例子。更具体地说，较低的曲线代表了高质量的道路(n1 5 2, n2 5 175和Sg 1902 5 16 1066 m2 cycle61 m61)，而上曲线代表的是质量差的道路(Sg 1902 5256 1066 m2 cycle61 m61)，根据ISO 2631标准。图3(b)展示了两种典型道路概况的具体形式，一种属于高质量群体，另一种属于坏质量集团。在本研究的第一部分，提出了一种系统的方法，给出了在随机变化的几何剖面上移动的四分之一汽车模型的悬挂阻尼和刚度参数的最优值。摘要研究了被动线性和双速率悬架阻尼器模型，以及半主动天钩阻尼模型。应用的控制策略，结合对车轮跳跃的考虑，导致了运动方程中出现了强非线性。这反过来又在应用程序的集成和优化过程中造成了困难，这是通过使用适当的方法来克服的。在工作的第二部分，给出了数