基于车路耦合模型的汽车动力学联合仿真方法研究

摘要

重型汽车引起的路面早期破坏严重影响了路面的使用寿命，而路面的早期破坏，反过来又会加剧车辆的振动使得车辆动载荷增加。因此，有必要对车路系统之间的相互作用进行研究。传统的车辆动力学和路面动力学都是把车辆和路面当作两个独立的系统进行研究，没有考虑车辆和路面之间的相互作用。本文通过建立车路耦合模型，模拟更加真实的车辆和路面的工作状态，分析了车路耦合环境下车辆的行驶平顺性和道路友好性。
　　本研究首先在Simulink中建立1/4车辆和路面不平度模型，在Ansys中建立三维沥青路面模型。使用Matlab作为主控程序，以batch模式调用Ansys参数化设计语言(APDL)编写的道路模型计算程序。通过读取和写入外部文件，实时传递轮胎动载和路面沉降参数，实现车路耦合系统联合仿真分析。通过与参考文献的对比，验证了Matlab和Ansys联合仿真方法的正确性。其次，建立了基于积分白噪声法的四轮相关随机路面输入时域模型和七自由度整车模型。通过车路耦合模型与非耦合车辆模型的对比，分析了车路耦合对车身质心垂向加速度、侧倾加速度、俯仰加速度和轮胎动载荷带来的的影响。最后，计算和分析了不同悬架参数（后悬架刚度和阻尼、轮胎刚度）和路面参数（路面等级）对车辆振动特性和车辆对路面破坏程度即当量车身振动加速度均方根值和动载系数的影响规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源、背景和意义

1．2 车辆-道路耦合系统动力学的国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 路面不平度的研究现状

1．4 本文研究内容

1．5 本章小结

第2章 车辆-道路耦合振动系统联合仿真方法研究

2．1．1 车辆振动模型

2．1．2 沥青路面模型

2．1．3 轮胎-路面接触模型

2．2 车辆-道路耦合系统联合仿真方法

2．2．1 Ansys参数化语言APDL简介

2．2．2 Ansys加载过程

2．2．3 Matlab调用Ansys动态计算及数据交换

2．2．4 车辆、路面模型计算参数

2．3 仿真结果分析

2．3．1 沥青路面各层竖向位移时间历程分析

2．3．2 沥青路面各层竖向应力时间历程分析

2．3．3 车身加速度时间历程分析

2．4 本章小结

第3章 时域路面不平度模型及仿真误差分析

3．1 路面不平度功率谱密度与不平度等级划分

3．2 路面随机输入模型

3．3 Simulink随机路面仿真误差分析

3．3．1 误差产生原因分析

3．3．1 仿真车身振动加速度的修正方法

3．4 四轮相关路面不平度的随机输入时域模型

3．4．1 左右轮路面输入的相关

3．4．2 时域路面不平度在Simulink中的实现

3．5 本章小结

第4 整车模型下的车路耦合系统动力学仿真分析

4．1 七自由度整车模型的建立

4．2 道路有限元路面模型及计算

4．2．1 单元类型选择

4．2．2 路面各层材料计算参数

4．2．3 路面结构计算参数

4．2．4 路面模型边界条件的确定

4．2．5 整车模型在Ansys中的加载

4．3 整车模型仿真结果分析

4．3．1 车路耦合对于车身振动加速度的影响

4．3．2 车路耦合对于车轮动载荷的影响

4．4 本章小结

第5章 系统参数对车路耦合系统动力学的影响

5．1 车路耦合模型的评价方法

5．1．1 汽车对路面破坏的评价方法

5．1．2 汽车振动特性的评价方法

5．2 后悬架刚度对车路耦合系统的影响

5．3 后悬架阻尼对车路耦合系统的影响

5．4 轮胎刚度对车路耦合系统的影响

5．5 路面等级对车路耦合系统的影响

5．6 本章小结

第6章 全文总结和展望

6．1 主要完成的工作

6．2 本文创新之处

6．3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目