基于软路面的矿用自卸车操纵稳定性分析与优化

摘要

操纵稳定性是车辆的一个重要性能之一，它影响着行车过程中的安全以及稳定性。矿用自卸车虽然处于低速运行状态，但是复杂的路况严重影响矿用车在转向过程中的稳定性，因此对其操纵稳定性的研究和优化是非常有必要的。目前对于矿用自卸车操纵稳定性的研究大多基于地面是刚性的假设条件，然而实际矿区路面为沙壤土路面，路况复杂易变形沉陷，地面与轮胎的相互作用对于车辆转向性能的影响是十分明显的。因此，本文系统的分析了轮胎与地面在垂向和侧向的相互作用关系，同时加入了轮胎垂向上的滑转沉陷，并将轮胎与地面的相互作用模型加入到整车的动力学模型中，建立了基于软路面的车辆地面耦合系统仿真模型，从而来提高矿用自卸车操纵稳定性的仿真精度。同时，为提高矿用自卸车操纵稳定性能，本文将油气悬架的刚度阻尼参数作为设计变量，采用遗传算法对操纵稳定性进行优化设计，对于矿用自卸车的发展研究具有重要的理论意义和实用价值。
　　本文以SF33900型矿用自卸车作为研究对象，主要研究内容包括:
　　1、对弹性轮胎—松软路面作用关系进行了系统的理论分析，建立了轮胎与地面垂向和侧向的相互作用模型。同时加入了轮胎在垂直方向上的滑转沉陷。
　　2、在此基础上分别建立了矿用自卸车基于硬路面的八自由度以及基于软路面的十二自由度整车动力学模型;并对实车进行了道路试验验证，选取悬架上、下测点表征簧上质量与簧下质量振动，仿真结果和试验数据的均方根值误差均在10％以内，较之以前所建模型有了很高的可信度。
　　3、根据国标以及实际工况，确定了稳态回转试验、转向盘角阶跃输入试验、转向盘角脉冲输入试验和转向回正试验作为操纵稳定性的评价指标，分别对硬路面和软路面下的整车模型进行操纵稳定性的虚拟试验仿真，并根据仿真结果分别对矿用车的操纵稳定性进行初步评价。结果表明:软路面下的整车操纵稳定性能相对来说更差一些，更加接近于实际从而提高了仿真精度。
　　4、针对软路面下操纵稳定性能的表现，确立了以侧倾角作为优化目标函数，油气悬架刚度阻尼参数作为设计变量，从而对矿用自卸车操纵稳定性进行优化。通过利用Simulink、遗传算法对油气悬架参数进行联合优化设计，得到了油气悬架理想的刚度、阻尼特性曲线，并对各工况进行优化分析，优化后的总计分值提高了6.31分，明显改善了矿用自卸车的操纵稳定性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 车辆地面力学国内外发展现状

1．3 汽车操纵稳定性国内外发展现状

1．4 论文研究主要内容

第2章 弹性轮胎-松软路面接触模型的研究

2．1 地面物理特性

2．2 地面力学特性

2．2．1 土壤承压特性

2．2．2 土壤剪切特性

2．3 朗肯被动土压力理论

2．3．1 土压力分类

2．3．2 被动土压力计算

2．4 轮胎—地面接触模型

2．4．1 轮胎临界压力及模型选择

2．4．2 轮胎地面垂向相互作用分析计算

2．4．3 轮胎地面侧向相互作用分析计算

2．5 轮胎滑转沉陷分析

2．5．1 车轮滑转沉陷机理

2．5．2 轮胎滑移率与动下陷量的关系

2．5．3 滑转下陷量的理论计算

2．6 本章小结

第3章 软硬路面下整车动力学模型建立

3．1 自卸车模型参数的选取

3．1．1 几何参数

3．1．2 质量参数

3．1．3 力学参数

3．1．4 悬架刚度阻尼参数

3．2 路面输入模型

3．2．1 路面功率谱密度

3．2．2 随机正弦波生成随机路面

3．2．3 标准路面的数值模拟

3．3 整车动力学模型的建立

3．3．1 整车动力学模型简化

3．3．2 基于硬路面的整车动力学模型

3．3．3 基于软路面的整车动力学模型

3．4 模型试验验证

3．5 本章小结

第4章 基于软硬路面的整车操纵稳定性分析对比

4．1 车辆操纵稳定性概述

4．2 操纵稳定性能评价指标

4．2．1 稳态响应有关参数

4．2．2 瞬态响应有关参数

4．3 软硬路面操纵稳定性试验分析对比

4．3．1 稳态回转试验

4．3．1 转向盘角阶跃输入试验

4．3．2 转向盘脉冲输入试验

4．4．4 转向回正试验

4．4 本章小结

第5章 矿用自卸车操纵稳定性优化

5．1 遗传算法简介

5．1．1 遗传算法的概念及发展

5．1．2 遗传算法的基本内容

5．2 优化问题描述

5．2．1 目标函数

5．2．2 设计变量

5．2．3 约束条件

5．3 优化结果分析

5．3．1 稳态回转性能试验优化对比分析

5．3．2 转向盘角阶跃输入试验优化对比分析

5．3．3 转向盘角脉冲输入试验优化对比分析

5．3．4 转向回正试验优化对比分析

5．3．2 优化前后矿用自卸车评分积分值

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间发表的论文)