基于遗传算法的可变附加气室空气弹簧的优化设计

摘要

汽车悬架的振动需要弹性原件来进行缓冲，这可以由空气弹簧来提供作用；同时，它也需要有阻尼原件来消减多余的振动能量，达到减缓振幅的目的。但是，如果通过外加阻尼器形成悬架的方法来实现阻尼原件的功能，会增加经济成本和悬架空间成本。所以，如果可以通过对空气悬架添加附加气室来产生阻尼原件的效果，是非常可行的。
　　关于变容积附加气室的结构，曾有人设计过多种方案。蜂巢型结构，阀口太多，以至于控制元件数量太多，导致结构复杂，控制成本高，且难以保证密封性；单活塞式附加气室，在活塞移动的过程中会使两边气室相通，致使整个系统刚度瞬间明显下降。基于此，本课题提出设计一款容积能够快速、连续改变且内压恒定的附加气室显得尤为重要。
　　此文研究并参考了多方的研究成果，并且结合工程热力学和空气动力学理论，在Matlab/Simulink环境下建立带附加气室空气弹簧系统仿真模型，进行仿真研究。通过静态试验和动态试验研究，总结可变附加气室容积空气弹簧的力学特性，并验证仿真模型的正确性。最后，根据最优化设计理论构建悬架系统的多目标优化设计模型，采用遗传算法对典型工况下的附加气室容积和减振器阻尼系数进行寻优。
　　带附加气室空气悬架系统参数进行多目标优化后，任意抽检一组参数的仿真结果表明：轮胎动载荷均方根的值升高6.0％，簧载质量加速度均方根的值降低了14.5%，悬架动行程均方根的值降低了13.4%；再根据各项指标的权重可知，轮胎动载荷的升高虽然让车辆接地性略有变差，但车辆的综合平顺性表现有了显著提升。
　　综上，优化悬架系统附加气室容积和连接管路内径的控制参数，能够减少其调节档数，有效提高车辆的行驶平顺性。为可变附加气室空气弹簧的应用提供了技术支持与理论指导。

目录

声明

第一章 引 言

1.1课题的研究意义

1.2空气弹簧的分类、优点及应用

1.3国内外对于空气弹簧研究的近况

1.4 主要研究内容

第二章 可变附加气室空气弹簧特性的理论研究

2.1空气弹簧的基本特性

2.2气体流经小孔的流量特性

2.3基于热力学第一定律，非封闭腔室绝热充放气过程方程的建立

2.4带附加气室空气弹簧Simulink仿真模型的建立及仿真结果

2.5本章小结

第三章 可变附加气室空气弹簧特性的试验研究

3.1 试验设备的介绍

3.2 空气弹簧静态试验

3.3空气弹簧动态试验

3.4本章小结

第四章 容积可变附加气室和流通面积控制装置的设计

4.1 容积可变附加气室的设计

4.2带附加气室空气弹簧流通面积控制装置的设计

4.3本章小结

第五章 遗传算法优化模型的构建

5.1最优化设计理论

5.2 1/4车辆附加气室容积可变空气悬架数学模型

5.3带附加气室空气悬架参数的多目标优化设计

5.4附加气室容积与互联管径的多目标优化

5.5本章小结

第六章 带附加气室空气悬架参数优化结果分析

6.1悬架参数优化结果

6.2优化结果分析

6.3本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文总结

7.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢