考虑板簧非线性的整车振动研究

摘要

随着经济快速发展，我国各地商品流动量日益增大，为了提高运输效率、降低运输成本，作为运输主力的货车越来越重载化、高速化。运输途中货车产生的振动和噪声，使得驾驶员容易出现驾驶疲劳，从而影响行车安全，同时过大的振动也会导致货物的受损。获得良好的车辆平顺性和振动与噪声(NVH: Noise、Vibration、Harshness)性能最简单、有效的方式之一是在车辆开发前期，建立精确的整车振动模型，针对整车平顺性和NVH性能进行仿真，优化车辆参数。
　　目前比较成熟的整车振动模型有:有限元模型(FEM: Finite Element Model)、多体动力学模型和整车数值模型。有限元模型多用于整车静态仿真;多体动力学模型多用于整车运动学仿真。因此，本文以某货车为研究对象，建立了整车数值模型，并将模型仿真结果与试验进行了对比，验证了模型的有效性和精确性。
　　本文主要研究内容如下:
　　1)钢板弹簧是载货汽车的关键部件，其力学特性对整车平顺性和NVH性能有重要的影响。以该车型前、后悬架板簧为试验对象，进行静态与动态加载试验，并将试验数据导入Matlab软件进行分析，得到板簧静态和动态力学特性;
　　2)分析Fancher模型、Rate-dependent Triboelastic（RT模型）、板簧一般模型和Maxwell-slip模型的特点和幅频特性，并用这些模型来拟合试验数据。选择构造简单、物理意义明确、易于改进的Maxwell-slip模型为基础，建立了一种改进Maxwell-slip模型，并通过与试验数据对比，验证了模型的有效性;
　　3)时域路谱在整车平顺性研究中作用巨大。应用白噪声激励法，在考虑各轮路面输入时空相关性的基础上，建立了多轮路面随机输入时域模型，并在双对数坐标系下与标准路面进行对比，验证了随机路谱的正确性;
　　4)建立了线性三自由度和线性四自由度平衡悬架模型，并对比了两种模型在随机路谱激励下的响应，选择合适的平衡悬架模型，建立了非线性平衡悬架模型，并将其与线性平衡悬架模型进行对比，验证了模型的合理性;
　　5)基于车辆结构和达朗贝尔原理，建立两种整车数值振动模型:一种将悬架弹簧作线性处理;另一种详细考虑了板簧和平衡悬架非线性等因素。将随机路谱作为输入，求解了整车响应，并将两种模型响应进行了对比。最后利用两种模型仿真了整车跌落和过凸台两种工况，将仿真与实车试验数据作对比，验证整车振动模型过程中充分考虑板簧非线性的必要性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 钢板弹簧动力学模型研究现状

1．2．2 车辆动力学研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 钢板弹簧试验及试验数据分析

2．1 钢板弹簧试验

2．2 试验数据分析

2．3 本章小结

第3章 钢板弹簧瞬态模型建立

3．1 Fancher模型

3．2 RT模型

3．3 一般模型

3．4 Maxwell-slip模型

3．5 改进Maxwell-sliP模型及其参数分析和参数识别

3．5．1 改进Maxwell-slip模型

3．5．2 改进Maxwell-slip模型参数研究

3．5．3 改进Maxwell-slip模型参数的识别

3．6 本章小结

第4章 非线性平衡悬架模型

4．1 六轮路面输入时域模型

4．1．1 单轮路面输入时域模型

4．1．2 六轮路面输入时域模型

4．2 两种线性平衡悬架模型

4．2．1 线性四自由度平衡悬架模型

4．2．2 线性三自由度平衡悬架模型

4．2．3 两种线性平衡悬架模型响应对比

4．3 钢板弹簧单自由度模型

4．4 非线性平衡悬架模型

4．5 本章小结

第5章 非线性整车振动模型

5．1 整车模型的建立

5．1．1 线性整车振动模型的建立

5．1．2 非线性整车振动模型的建立

5．2 运动方程的求解

5．3 随机路谱激励下的两种模型响应对比

5．4 整车仿真与试验对比

5．4．1 整车跌落和过凸台试验

5．4．2 仿真与试验对比

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录 攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢