第27卷第3期
2006年5月
江苏大学学报(自然科学版)
J伽m矗lofJi锄挚uUniversity(NatumlScienceEdition)
V01．27No．3
Mav2006
汽车平顺性评价体系
陈士安，何仁，陆森林
(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013)
摘要：为了对汽车平顺性进行评价以及对悬架参数进行优化选择，根据汽车平顺性的3个评价指
标，充分利用主观评价法和客观评价法各自的优点，建立了一个汽车平顺性评价体系．根据各评价
指标的重要性，利用层次分析法，确定它们的主观权重；根据各评价指标的性能统计数据，利用熵值
法，确定它们的客观权重；综合主观权重与客观权重，确定各评价指标的最终权重；根据各评价指标
的最终权重与性能统计数据计算汽车平顺性的评价值．该评价体系以逐次淘汰的方式求优，通过最
小的评价值与最优的汽车平顺性相对应的方式评选出最优的悬架参数方案，该体系便于计算机编
程使用．
关键词：汽车；悬架参数；平顺性；评价体系；层次分析法；熵值法
中图分类号：U463．3文献标识码：A文章编号：1671—7775(2006)03—0229一05
EVal豫tingsystemofVehicleridecomfort
CHENshi—Qn，HERen，LUsen—lin
(Sch00lofAutomobileaIld艮蚯cEn画neering，JiangsuuniveIsity，zhenjiallg，Jian铲u212013，chi蚰)
Abstract：ToevaluateVehicleridecomfortandoptimizesuspensionstmcturep盯锄eters，b酗edonthree
mainevaluatingindexesofridecomfort，anevaluatingsystemofvehicleridecomfortispresentedbyusing
subjectiveandobjectiveevaluationmethod．Accordingtotheimportanceofevaluatingindexes，tlleirsub-
jectiveweightsaredete咖inedbyusingAHPmethod．Accordingtoperfomancestatisticaldataofevalua—
tingindexes，theirobjectivewei曲tsaredete珊inedbyusingentmpymethod．Genemlweightsc肌beob-
tainedfbmsubjectiVeandobjectiveones．Evaluatingvalueofridecon南rtcanbecalculatedaccordingto
generalweightsandperfo咖ancestatisticaldataofevaluatingindexes．Byusingthisevaluatingsystem，it
isshownthatthebestschemeofsuspensionstructurepammetellscanbeobtainedstepbystepthrougha
manneroftlleleastevaluatingvaluecorrespondingtothebestridecomfbn，卸dthesystemiseasilyad印-
tedtoacomputerprogram．
Keywords：automobile；suspensionstmcturepammeters；ridecomfon；evaluatjngsystem；
AHPmethod；entmpymethod
悬架是汽车重要的结构和功能部件h21，它对
汽车性能的影响很大．悬架将车架(或车身)与车轴
(或车轮)弹性地连接起来，传递和承受作用在车架
与车轮之间的一切力和力矩，并缓和由不平路面传
给车架的冲击载荷以及衰减冲击载荷引起的承载系
统的振动，以保证汽车平顺行驶．
良好平顺性的获得，是根据汽车最常使用的工
况，通过对悬架参数(弹性元件刚度与阻尼元件阻
牧稿日期：2005一lO—16
基金项目：江苏省高校自然科学基金资助项目(05ⅪB580014)；江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目(qc2005006)
作者简介：陈士安(1973一)，男，湖北荆州人，博士研究生(chenshian73@ujs．edu．cn)，主要从事汽车综合节能与环保、非线性振动分析与
控制技术研究．
何仁(1962一)，男，江苏南京人，教授，博士生导师(herenl962@163．com)，主要从事汽车综合节能与环保、汽车机电一体化
技术研究．
万方数据
230江苏大学学报(自然科学版)第27卷
尼)进行优化选择来实现的，而建立理想的平顺性
评价体系，是对悬架参数进行优化的基础．
目前，关于汽车平顺性评价的大多数研究文献
主要依据国际标准Is02631，一般以簧载质量加速
度为主要评价统计量∞。J，但没有给出合理的评价
方法。
为了对汽车平顺性进行更准确的评价和为对悬
架参数进行优化选择提供度量工具，这里试图结合
主观评价法和客观评价法各自的优点，建立一个汽
车平顺性评价体系．
1评价指标
汽车平顺性的主要评价指标是簧载质量加速度
o：，车轮动载荷凡和悬架动挠度五对汽车平顺性也
有影响．
1．1评价指标之间的关系
对反映悬架力学特性不变性方程进行研究可
知：低频段，车轮动载荷与车身加速度的改善具有一’
致性，而在高频段，它们的改善方向是相反的；无论
在任何频段内，车轮动载荷与动挠度的改善方向是
相反的；在低频段和接近悬架固有频率附近，车身加
速度和动挠度的改善方向是相反的，仅在轮胎固有
频率附近，它们的改善是一致的．因此，汽车平顺性
的3个评价指标在悬架参数优化的过程中具有一定
的不可调和性．
1．2评价指标统计数据的处理
簧载质量加速度口：是主要评价指标；车轮动载
荷凡反映车轮的接地性，与操纵稳定性有关；悬架
的最大压缩行程Imin(兀)I超过限位行程眈]时，
悬架系统的限位就会被撞击而使平顺性变坏．
当Imin(^)I小于[兀]时，就不会发生限位会
被撞击的情况，此时，动挠度对平顺性的影响一样，
即限位不会被撞击的概率为1；如果Imin(丘)I大
于眈]，则可根据眈]和厶的有效值矿^计算限位不
会被撞击的概率P，此概率P可以反映动挠度对平
顺性的影响，尸为眈]与盯^比值的标准正态分布的
概率的积分…，按下式计算：
P=Ⅳormc彤<[正]／盯^)(1)
为了消除当Imin(以)I<陇]时统计量对评
价值的影响，以及不使评价指标的描述值出现。值，
而避免出现不能计算的显著差异，这里提出将限位
不会被撞击的概率P作为评价动挠度对平顺性影响
的统计量．显然，概率P越大，表明该项指标越优，反
之则反．
参与汽车平顺性评价的统计量为：簧载质量加
速度的最大值max(口：)与有效值盯。：、车轮动载荷
的最大值max(Fd)与有效值％、悬架系统限位不会
被撞击的概率P．
2评价体系的建立
反映汽车平顺性的3个评价指标，由于其各自
单位及数量级的不同而存在着不可公度性∞J，难以
进行比较．为了消除由于各项指标的单位不同以及
其数量级间的悬殊差别所带来的影响，需要对指标
进行无量纲化处理，并确定各指标的权重．
对几套悬架参数方案的综合性能进行评比时，各
评价指标可按归一化进行同度量化，那么确定各指标
的权重就成了建立平顺性评价体系的关键问题
由于主观赋权法是通过专家根据各指标的重要
性来确定权重，易受专家主观意识的影响而带来偏
差，并具有不反映各指标统计数据的相互关系的缺
点；而客观赋权法是根据各指标统计数据的差异性
确定权重，它反映各指标统计数据的相互关系，但忽
略了各指标的重要性．
为了充分利用这两种方法的各自优点，克服它
们各自的缺点，这里采用主客观结合赋权法来确定
各指标权重．
建立汽车平顺性评价体系的步骤为：①根据汽
车最经常的使用工况，获取各评价指标的统计数据，
并对统计数据进行处理，确定参与赋权的各指标的
参评数据；②利用层次分析法MJ，根据各指标的重
要性确定主观权重；③利用熵值法"J，根据各指标
的统计数据确定客观权重；④利用主客观结合赋权
法确定各指标的最终权重和计算综合评分，然后采
用逐次求优法求取平顺性最优的悬架参数方案．
2．1确定主观权重
层次分析法(AHP)是当前流行的一种多目标
规划和决策方法，利用它来对平顺性各评价指标进
行主观赋权．
利用层次分析法进行主观赋权的步骤为：①构
造层次结构模型，建立判断矩阵；②确定各层次权重
和进行一致性检验；③确定各评价指标主观权重．
2．1-1建立判断矩阵
根据平顺性的各指标的参评数据，可以构造如
图1的层次结构模型，令口埘是指标i与指标．『重要性
的比较值，表l是各比较值与相对重要性对应表．如
果两指标相比的重要性介于两个比值之间，则取：2，
4，6，8．o：是平顺性的主要评价指标…，因此，它比
万方数据
第3期陈士安等：汽车平顺性评价体系23l
凡和厶都重要，且Fd和正是一样重要．则形为各因素所对应的权重．
回囱囱
曲商由
图l层次结构模型
Fig．1Hierarchystmcturemodel
表1指标与指标重要性的比较值
Tab．1Indexes粕dtheirv出uesofrelativeimporl鱼nce
指标巧一样重要略重要比较重要重要很重要
oli13579
根据上述比值关系建立的层次结构模型中的B
层的判断矩阵见表2．
表2层次结构模型中的B层的判断矩阵
Tab．2Es曲Iali赡啪t出ofBlay盯ilIhier叠rchy
stl-uctuI℃mOdeI
对于口：和Fd来说，由于评价平顺性时，主要使
用的是有效值，即矿。：和矿，d比max(口2)和max(凡)
重要，它们关系的判断矩阵见表3．
比较值m“(02)和m“(凡)矿。2和o，d
m“(02)和ma)【(凡)11／7
口。2和矿，d71
2．1．2确定各层次权重和进行一致性检验
通过计算矩阵的最大特征根及其相对应的特征
向量，来确定各因素的权重，并进行一致性检验的步
骤为：
(1)计算判断矩阵日每行元素的乘向量
rM=[M1，M2，…，M。]
{。，i√=1，2，…，n(2)
慨=兀^。
(2)计算乘向量M的n次方根向量
{!“坠，…^]，i-1’2，…，n(3)【形=狮町
(3)计算向量形的正则向量形：士，江1，2，…，n(4)
∑形
(4)计算判断矩阵的最大特征值"3k：妻訾，江1’2，…，n(5)
Am“2刍可，卜l，2，…，n(5)
(5)检验判断矩阵的一致性
计算随机一致性比率衄=蒜
(6)
式中R，为判断矩阵的随机一致性指标，当凡等于2
时，R，等于0；当n等于3时，R，等于0．58．
当CR<0．1时，一致性检验通过，否则，按文献
[8]提供的方法，对判断矩阵进行一致性校正．
根据式(2)一(6)可以计算出体现馈能型悬架
综合性能的口：、凡和五的主观权重％和判断矩阵
日。随机一致性比率cR。分别为
f睨=[0．7778，0．1111，0．“11]，，、
IcRB：o¨’
根据表3很容易求出层次结构模型中的c层中
max(口2)和max(n)与盯。，和矿n的权重向量形c12
和形c34：
耽。2=‰=[0．125，O．875](8)
二阶判断矩阵无需进行一致性检验．
综合式(7)和式(8)，就可以得到平顺性评价指
标的各参评统计量(max(口：)、max(凡)、矿。，、矿n和
P)的主观权重向量
Al=[0．0972，O．6806，0．0139，0．0972，O．1111]
(9)
2．2确定客观权重
利用熵值法对平顺性评价指标的各参评统计量
进行客观赋权．
设有m套待评悬架参数方案，共有max(o：)、
max(凡)、盯¨盯Fd和P这5项评价指标，形成原始指
标数据矩阵x=(石i)。m利用熵值法进行客观赋权
的步骤为：
(1)将各指标同度量化，计算第_『项指标下第i
个方案指标值的比重
p(石Ⅱ)=之L，i=1，2，…，m；，=1，2，…，5
∑戈口
i=l
(2)计算第歹项指标的熵值
勺=一无∑p(z口)lnp(戈F)
￡=I
式中，七>O，勺≥0．一般取七=1／lnm．
(10)
(11)
万方数据
江苏大学学报(自然科学版)第27卷
(3)计算第-『项指标的差异性系数
岛=l一勺
当gj越大时，指标越重要．
(4)确定权重向量
rA2=[A2l，A22，…，A25]
h=告【
∑g；
2．3确定最终权重与逐次求优
参数方案的平顺性较优，此时，就可以淘汰另外一套
(12)悬架参数方案；然后将胜出悬架参数方案与剩下的
悬架参数方案中的任意一套进行评比，再次比较淘
汰；按照这种逐次淘汰的方式继续求优，最后胜出的
悬架参数方案的平顺性就是最优的．
(13)3算例验证
主客观结合赋权法是一种综合主、客观赋权的
结果而确定权重的方法．设对第_『项指标主、客观赋
权的权重分别为A”A：，，则各指标的最终权重向量A
可按下式确定：
，A=【Al，A2，…，A5j
I．。
{4一垒!』璺型(14)r至彬≈
』=I
从确定客观权重的过程中可以看出，在利用熵
值法进行客观赋权的过程中，参评方案数的增减会
对客观权重造成影响；另外，在悬架参数优化的过程
中，求优过程一般使用一对一比较方式进行．基于上
述考虑，在对多套悬架参数方案平顺性的评价中，采
用逐次淘汰的方式逐次求优．
动挠度的参评统计量——限位不会被撞击的概
率P对平顺性的影响是：概率P越大，该项指标越优，
反之则反；其他4项参评统计量是：该项描述值的数
值越小，表明该统计量描述的性能越优，反之则反．
为了便于评价，需要在计算各方案的最后评分前
进行一致性处理，即让评价指标的描述值代表的优劣
性相同．令参加评比的两套方案的最后评分向量为
Q，各评价指标的统计量按归一化法所确定的量化矩
阵p：。，=p(省i)：妤，则可以通过下式进行一致性处理：
fQ=[Q，，Q：]，，。
【Qi=A[p(zi。)，…，{1一p(戈6)}]1‘
如果最后评分向量中的Q；最小，那么第i套悬架
以奔驰公司某车型作为评价算例，其最经常的
使用工况是以108kIn／h的速度在B级路面上行驶．
该车型的2自由度悬架参数为：m，=25kg，
五1=170000N／m，m2=330kg，后2=13000N／m，
co=l000N·s／m，眈]=o．07m．
经过计算可知，该车悬架系统的相对阻尼系数
彘=0．24l4，是按照文献[1]中所述的关于轿车悬
架系统阻尼系数的选择原则进行选择的，且该车悬
架参数的确定是经过多次理论优化和试验的结果，
因此可以认为原车的悬架参数方案可以使该车获得
较好的平顺性，令原车的悬架参数方案为悬架参数
方案O．
为了获得对比参数方案，令相对阻尼系数分别
为f1=0．16，f：=0．18，￡=0．2，六=0．22，蠡=
0．23，＆=0．25，宇7=0．26和彘=O．28，可以获得悬
架参数方案1～8．
利用MATLAB6．5进行数值仿真，仿真时间10
s，表4为汽车以秽=30In／s的速度通过B级路面时，
评价各套悬架参数平顺性的各项评价指标的统计数
据表．
由表4可知，这9套悬架参数方案的悬架最大压
缩行程lmin(正)I均小于悬架的限位行程眈]=
0．07m，所以，这9套悬架参数方案的悬架的限位不
被撞击的概率P为1．那么将表4中Imin(兀)I和
盯^项合并成概率尸统计量项，且所有的P值为1．
根据式(10)～(13)计算客观权重；根据式(14)
计算最终权重；根据式(15)计算两套参评方案的最
后评分向量．表5是平顺性求优过程的计算表．
表4各项评价指标的统计数据
Tab．4Statis6∞ldataofevaluatillgiIldex鼯
万方数据
第3期陈士安等：汽车平顺性评价体系233
4结论
根据表5可以看出，当相对阻尼系数值在&=
O．22附近时，可以使得该车型的平顺性达到最优，
此时，阻尼系数c。约为911．3N·s／m，与文献[1]
中所述的关于轿车悬架系统的阻尼系数选择原则一
致；与文献[1]相比，使用本文建立的汽车平顺性评
价体系能将悬架参数的取值范围进一步精确化，故
在悬架参数优化的过程中，可以使用该体系作为对
悬架参数求优的工具；此外，该体系便于计算机编程
使用．
表5平顺性求优过程的计算
Tab．5CmcIIla咖gpm嘲ofme伽fortop劬i匠ng
评比序号参评方案客观权重最终权重最后评分向量胜出方案
参考文献(Reljerenc姻)
[1]余志生．汽车理论[M]．北京：机械工业出版社，2004：
170—212．
[2]乐巍，张孝祖，陈士安，等．汽车四自由度半主动悬
架阻尼模糊控制方法[J]．江苏大学学报：自然科学
版，2003，24(1)：55—60．
YUEWei，ZHANGXiao-zu，CHENShi—an，eta1．The
wayoffuzzycontmlofdampingcoemcientonautomobile
semi—activesuspensionwithfourdegreesoffreedom[J]．
如Ⅱm口Z矿五口n舻“E，砌孵珊渺：^kt啪ZSc如眦e尉i踟n，
2003，24(1)：55—60．(inChinese)
[3]LeeRichardA．AnaIyticaIanaIysisofhumallvibration
[J]．跗Ep印er，68009l：328—345．
[4]谢俊，郭晨海，刘军，等．非线性悬架动力学数值
模拟和性能评价[J]．江苏大学学报：自然科学版，
2004．25(1)：216—219．
XIEJun．GUOChen—hai．LIUJun，eta1．Perfo咖ance
evaluationandnumericalsimulationfornon—lineardy-
namicsuspensionsystemofvehicles[J]．．，ourn越矿
五。，妒uUh洫瑙渺：^k￡“mfSc据脚尉i￡函n，2004，25
(1)：216—219．(inChinese)
[5]
[6]
[7]
[8]
万里翔，许明恒．汽车行驶平顺性评价方法的研究
[J]．西南交通大学学报，200l，36(1)：71—73．
WANLi-x蚰g，XUMing-heng．Study∞evajuating
methodsfbrhumanexposuretowhole-b(珂yvibration0f
automotiveride[J]．如ur，mf矿Sol正t．Il妣甜肋。幻增‰f一
口e瑙渺，200l，36(1)：71—73．(inChinese)
StosicB，PekicV．AHPmethodapplicationinevaluation
“plantgeneticresourcesconservationstmteg)r[J]．
MMmf，P0mf纠&Sc据m咖compu￡n砌m，2004，12
(1)：53—72．
BabuGJ，BoyarskyA，ChaubeyYP．Anewstatistical
methodforfilteringandentropyestimationofachao“c
m印fmmnoisydata[J]．胁绷口砌触z如“m耐矿占缸卜
cm幻nn蒯吼螂协铆Z蒯＆如聊∞口蒯E蟛删r垤，
2004，14(11)：3989—3994．
杨益民，杨绪兵，景奉杰，等．层次分析法中整体一致
性判别及校正[J]．武汉大学学报：理学版，2004，50
(3)：306—310．
YANGYi-min，YANGXu．bing，JINGFeng_jie．Judg-
menta11dcoH．ectionofglobalconsistencyinAHP[J]．
Jo“砌Z矿耽^肌跏沁rs渺：盹￡啪Z&曲聊e尉if幻n，
2004，50(3)：306—310．(inChinese)
(责任编辑朱银昌)
万方数据
汽车平顺性评价体系
作者：陈士安，何仁，陆森林，CHENShi-an，HERen，LUSen-lin
作者单位：江苏大学,汽车与交通工程学院,江苏,镇江,212013
刊名：江苏大学学报（自然科学版）
英文刊名：JOURNALOFJIANGSUUNIVERSITY(NATURALSCIENCEEDITION)
年，卷(期)：2006,27(3)
被引用次数：9次
参考文献(8条)
1.余志生汽车理论2004
2.乐巍;张孝祖;陈士安汽车四自由度半主动悬架阻尼模糊控制方法[期刊论文]-江苏理工大学学报(自然科学版)
2003(01)
3.LeeRichardAAnalyticalanalysisofhumanvibration
4.谢俊;郭晨海;刘军非线性悬架动力学数值模拟和性能评价[期刊论文]-江苏理工大学学报(自然科学版)
2004(01)
5.万里翔;许明恒汽车行驶平顺性评价方法的研究[期刊论文]-西南交通大学学报2001(01)
6.StosicB;PekicVAHPmethodapplicationinevaluationofplantgeneticresourcesconservation
strategy[外文期刊]2004(01)
7.BabuGJ;BoyarskyA;ChaubeyYPAnewstatisticalmethodforfilteringandentropyestimationofa
chaoticmapfromnoisydata[外文期刊]2004(11)
8.杨益民;杨绪兵;景奉杰层次分析法中整体一致性判别及校正[期刊论文]-武汉大学学报(自然科学版)2004(03)
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1.王国权.许先锋.王蕾.余群汽车平顺性的虚拟样机试验[期刊论文]-农业机械学报2003,34(3)
2.徐中明.张志飞.贺岩松.XuZhongming.zhangZhifei.HeYansong对汽车平顺性评价方法的探讨与建议[期刊论
文]-汽车工程2010,32(1)
3.万里翔.许明恒汽车行驶平顺性评价方法的研究[期刊论文]-西南交通大学学报2001,36(1)
4.王国权.杨文通.许先峰.余群汽车平顺性的虚拟试验研究[期刊论文]-上海交通大学学报2003,37(11)
引证文献(9条)
1.李仲兴.喻广强.江洪.沙鸥基于ADAMS的空气悬架客车平顺性仿真与试验[期刊论文]-公路交通科技2010(2)
2.杨征宇.常思勤自组织特征映射神经网络在薄板冲压中的应用[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版）
2007(6)
3.徐观.苏建.何凤江.陈熔.戴建国汽车主销内倾测量精度分析及校准仪器[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版
）2007(3)
4.徐观.苏建.潘洪达.李洋.田广东汽车轴距差检测模型及检定策略[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版）
2010(5)
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2009(4)
7.张春燕.王贵成.裴宏杰.沈春根MQL切削液的选择[期刊论文]-江苏大学学报（自然科学版）2010(1)
8.何仁.孙丽轻型客车平顺性优化设计与试验评价[期刊论文]-重庆理工大学学报(自然科学版)2010(10)
9.何仁.李丽重型牵引车平顺性的预测与分析[期刊论文]-机械设计2008(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jslgdxxb200603010.aspx
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