商用车非线性动力学模型建模方法研究及平顺性仿真分析

摘要

车辆动力学仿真在车辆工程技术的发展中有着广泛的应用，在车辆研发设计阶段，车辆动力学仿真能降低研发时间和成本。因此，建立精确有效的车辆动力学模型在技术开发中至关重要。
　　论文旨在研究商用车动力学模型的一般建模方法，着重研究非线性钢板弹簧建模方法，强调多刚体车辆模型和刚柔耦合车辆模型动力学特性的差别。主要研究内容及成果如下:
　　1.钢板弹簧是商用车悬架重要的非线性部件，对比研究多种钢板弹簧建模方法，包括SAE(Social Automotive Engineer)三连杆方法、梁单元建模方法、有限元建模方法。由于SAE三连杆模型的高效性，确定将SAE三连杆钢板弹簧模型应用于商用车动力学模型中。综合利用逆向求解和集成优化算法辨识SAE三连杆模型关键参数。并将SAE三连杆模型的静刚度、动刚度与实验数据进行对比，结果表明SAE三连杆等效模型精度较高，验证了非线性钢板弹簧模型的正确性。
　　2.研究商用车动力学模型建模方法，包括悬架系统、转向系统、传动系统等。由于驾驶室和车架的柔性变形对车辆振动特性的分析影响显著，车架和驾驶室的有限元模型自由度过多，不适宜直接用于多体计算，研究模型自由度减缩方法并进行具体实施，通过降低有限元模型自由度，以提高计算效率，进而研究刚柔耦合动力学车辆模型的建模方法，建立整车刚体模型和整车刚柔耦合动力学模型。
　　3.开展商用车多刚体模型、刚柔耦合模型的振动特性研究，包括路面脉冲输入仿真、整车前轮跌落仿真，通过试验结果验证两种模型的正确性，比较多刚体模型、刚柔耦合模型的仿真计算精度。对比结果表明，试验数据与刚柔耦合模型仿真数据一致性较高，刚柔耦合模型比纯刚体模型更准确。通过仿真计算两种模型在随机路面激励下的动态响应，结果表明，整车刚柔耦合模型关键点振动加速度有所减小、悬架动挠度和轮胎动载荷有所增大，平顺性相对较好。
　　论文系统研究了商用车多体动力学一般建模方法，突出钢板弹簧的非线性和整车刚柔耦合特性，总结了钢板弹簧悬架、商用车各子系统建模要点和平顺性仿真分析的一般方法，为商用车建模仿真提供了较好的参考依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 商用车动力学建模方法研究现状

1．2．2 商用车钢板弹簧动力学建模方法研究现状

1．3 论文研究思路及主要研究内容

1．3．1 论文研究思路

1．3．2 主要研究内容

第2章 商用车钢板弹簧动力学建模研究及模型验证

2．1 钢板弹簧动力学建模方法

2．1．1 有限元法

2．1．2 离散梁(Beam)法

2．1．3 SAE三连杆法

2．2 SAE三连杆钢板弹簧建模

2．3 SAE三连杆钢板弹簧模型验证及分析

2．3．1 钢板弹簧测试试验

2．3．2 SAE三连杆等效模型静态试验验证

2．3．3 SAE三连杆等效模型动态试验验证

2．3．4 钢板弹簧安装状态下的动态分析

2．4 本章小结

第3章 商用车有限元建模及模型减缩

3．1 模型减缩理论

3．2 车架有限元模型减缩

3．2．1 车架有限元模型建模

3．2．2 车架模态分析

3．2．3 生成车架模态中性文件

3．3 驾驶室有限元模型减缩

3．3．1 驾驶室有限元模型建模

3．3．2 驾驶室模态分析

3．3．3 生成驾驶室模态中性文件

3．4 本章小结

第4章 商用车整车动力学建模研究

4．1 ADAMS／Car建模思路

4．2 悬架系统模型

4．2．1 前桥及前悬架子系统建模

4．2．2 中后桥及平衡悬架子系统建模

4．3 转向及传动系统模型

4．3．1 转向子系统建模

4．3．2 动力总成及其悬置子系统建模

4．3．3 轮胎子系统建模

4．4 车架系统模型

4．4．1 刚性车架子系统建模

4．4．2 柔性车架子系统建模

4．5 驾驶室系统模型

4．5．1 刚性驾驶室子系统建模

4．5．2 柔性驾驶室子系统建模

4．5．3 驾驶室悬置子系统建模

4．6 整车动力学模型建立

4．7 本章小结

第5章 商用车平顺性仿真分析与研究

5．1 整车模型验证

5．1．1 路面脉冲输入试验

5．1．2 路面脉冲输入仿真与验证

5．1．3 前轮跌落试验

5．1．4 前轮跌落仿真与验证

5．2 随机路面仿真分析

5．2．1 随机路面的建立

5．2．2 驾驶员座椅地板处振动特性分析

5．2．3 悬架动挠度分析

5．2．4 轮胎动载荷分析

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢