新型车用悬架高度自动调中装置的设计验证及仿真优化研究

摘要

采用悬架高度(包括车高和座高)自动调中装置能改善悬架性能、延长机件寿命。此外，车高自动调中装置还可保持良好的车身姿态，兼具静态型前照灯自动调平装置的功用；座高自动调中装置还能保持相对稳定的座椅高度，提供良好的驾驶视野和操作条件。本文以上海市“青年科技启明星计划”资助项目(04QMX1474)为工程背景，针对传统座高和车高调节装置存在的各自不足，提出了一种具有高性价比的新型悬架高度自动调中方案，能通过全机械方式实现座高和车高的自动调中，而无须外界能量供给。为逐步、系统地考察该自动调中装置的性能特点，先后对座高和车高自动调中器进行了结构设计、实验验证、仿真分析和参数优化。全文共分五章： 第一章(绪论)首先介绍了座椅悬架和车辆悬架的基本功用及性能要求；然后回顾了传统悬架高度调节装置的背景技术和研究现状，包括手动式和气动式座高调节装置、以及无源式和有源式车高自动调平装置；最后概述了本文的研究价值和研究内容。 第二章(创新设计及实验验证)为弥补传统悬架高度调节装置的各自不足，提出了机械式悬架高度自动调中装置的创新设计方案。为验证该方案的可行性和有效性，先以某重型货车的驾驶员座椅悬架为研究对象，对座高自动调中悬架进行了结构设计和样机试制，并通过台架试验分析初步验证了该方案的可行性和有效性。针对座高自动调中悬架存在噪声和摩擦阻尼较大等问题，再以某轻型客车的非独立后悬架为研究对象，对车高自动调中器进行了改进设计和样机试制，并通过道路试验分析进一步验证了该方案的可行性和有效性：最后，还对原理样机的结构和性能缺陷进行了改进分析。 第三章(数学建模及仿真分析)首先，按照多体动力学建模方法，建立了手动调中和自动调中座椅悬架的数学模型；为比较两种座椅悬架的性能差异，采用SimMechanics机构仿真工具，分别在扫频和正弦地板激励下对两种座椅悬架进行了时域和频域性能的仿真分析。其后，在考虑了不同载荷、非线性悬架刚度和阻尼的基础上，分别建立了普通和调中车辆悬架的单轮模型；为考察车身俯仰运动对车身姿态和前照灯照距的影响，进一步建立了两种车辆悬架的半车模型。最后，基于Simulink仿真环境，分别在随机和脉冲路面激励下对两种车辆悬架进行了时域和频域性能的仿真分析，从而得出了机械式车高自动调中悬架的主要特性。 第四章(设计参数的多目标优化)根据最优化方法的基本理论，通过加权和法建立了车高自动调中器设计参数的多目标优化模型，并采用复合形法直接搜索求解出最优解：其后依据离散变量优化方法，推导出调中组件的选型设计参数，并对优化结果进行了检验和分析。从而在保证悬架性能的前提下，充分发挥了自动调中器的调中性能。 第五章(全文总结)归纳了本文的主要研究结论和主要创新成果，并展望了本课题的后续研究任务。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:常用符号表

声明

第一章绪论

1.1课题提出

1.2背景技术

1.3研究现状

1.4研究价值

1.5研究内容

第二章创新设计及实验验证

2.1方案设计

2.2新型座高自动调中悬架的设计及验证

2.3新型车高自动调中器的设计及验证

2.4本章小结

第三章数学建模及仿真分析

3.1数值仿真技术简介

3.2座椅悬架的建模及仿真

3.3车辆悬架的建模及仿真

3.4本章小结

第四章设计参数的多目标优化

4.1最优化方法简介

4.2自动调中器设计参数的多目标优化

4.3本章小结

第五章全文总结

5.1主要研究结论

5.2主要创新成果

5.3后续研究任务

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的科研成果