【摘 要】
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近几年汽车行业发展迅猛,人们对汽车操纵性稳定性提出更高的要求,而悬架连接车轮和车架,是保障汽车安全、平稳、舒适驾驶的重要系统。目前,被动悬架仍是应用最广泛的悬架,因此如何将其性能提高是汽车领域研究重点。本文以一种新型悬架——ISD（Inerter-Spring-Damper,ISD）悬架为研究对象,围绕ISD悬架的参数设计及优化、动力学特性、K&C特性、几何结构参数及衬套的优化和整车操纵稳定性等方
【基金项目】
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汽车仿真与控制国家重点实验室资金资助（20171106）；
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近几年汽车行业发展迅猛,人们对汽车操纵性稳定性提出更高的要求,而悬架连接车轮和车架,是保障汽车安全、平稳、舒适驾驶的重要系统。目前,被动悬架仍是应用最广泛的悬架,因此如何将其性能提高是汽车领域研究重点。本文以一种新型悬架——ISD（Inerter-Spring-Damper,ISD）悬架为研究对象,围绕ISD悬架的参数设计及优化、动力学特性、K&C特性、几何结构参数及衬套的优化和整车操纵稳定性等方面开展研究,建立ISD悬架的1/4、1/2及整车多体动力学车辆模型,分析ISD悬架的动态特性和作用机理、悬架K&C特性及整车操纵稳定性,并分别通过遗传算法、灵敏度分析及功率流理论对ISD悬架元件参数、几何参数及与车架连接处衬套进行优化,使得ISD悬架整体性能达到最优。论文的主要研究内容包括:（1）建立1/4车辆ISD悬架动力学模型,基于动力吸振理论初步确定车辆ISD悬架元件参数,并采用遗传算法对其进行优化。针对1/4车辆ISD悬架动力学模型,基于动力吸振理论推导含阻尼主振系统的位移响应振幅比,并探讨质量比、固有频率比及阻尼比对位移响应的影响,并初步确定了 ISD悬架元件参数;同时,针对ISD吸振系统与动力吸振器的差异性,建立多目标优化函数,采用遗传算法对其元件参数进行优化。（2）分析ISD悬架各项位移指标之间位移传递特性及不同元件参数对悬架行驶性能的影响。推导ISD悬架的状态方程及振动传递函数,研究悬架各项性能的幅频特性,得到ISD悬架元件参数对悬架系统的影响机理。（3）建立1/2车辆虚拟样机模型,分析悬架运动性及弹性运动学特性。通过分析ISD悬架各结构间的拓扑关系,建立前、后ISD悬架K&C（Kinematics&Compliance）分析模型,通过纵倾运动、侧倾运动及制动、驱动工况,从车轮定位参数、悬架纵向和侧向位移及纵倾和侧倾刚度三个方面,分析ISD悬架K&C特性与操纵稳定性的关系。（4）基于灵敏度分析和振动功率流理论优化ISD悬架的结构参数及衬套参数。针对K&C特性恶化参数及综合性能参数,分别建立单目标和多目标优化函数,分析不同结构参数对不同性能参数的灵敏度,并根据其灵敏度数值对结构参数进行优化;以机-电相似性原理及功率流理论作为理论依据,建立含衬套的1/4车辆ISD悬架机械网络图,引入电路分析中的诺顿定理完成流经ISD减震系统传递至车身的功率流计算,完成ISD悬架衬套的优化选型。（5）建立ISD悬架整车模型,从国标试验和实际工况两个方面,分析含ISD悬架整车的操纵稳定性。建立含ISD悬架整车的多体动力学模型,基于国标操纵稳定性评价标准和实际行驶工况,以蛇形路面试验、回正性试验及超车工况、通过凹陷路面等工况评价整车操纵稳定性,得到车身姿态和车身侧向加速度、横摆角速度等操纵稳定性评价指标随时间的变化规律,对比ISD悬架整车和传统被动悬架整车操纵稳定性,分析其操纵稳定性。
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