考虑转向机构间隙与杆件弹性的汽车摆振系统动力学分析

摘要

汽车摆振是指汽车在平坦的路面上直线行驶时，转向轮以一定的幅度和频率绕主销持续振动的现象。它恶化汽车的操纵性，影响行车安全，并使得汽车的动力性、经济性下降。它不仅危害大，而且很常见，因此引起国内外的普遍关注。
　　 影响汽车摆振的因素很多，如轮胎特性、车身结构参数等等，本课题组的前期工作表明，转向系统中转向梯形的运动副间隙因素对摆振系统动力学响应有很大影响。而间隙会引起较大的碰撞力，这将使得杆件产生不容忽视的弹性变形，对摆振系统动力学产生很大影响，所以研究间隙和弹性因素共同对摆振系统的影响很有必要。
　　 本文将转向梯形简化为平行于汽车坐标平面的四连杆机构，其中左转向节臂和转向横拉杆之间存在间隙，各杆件为弹性杆件，利用matlab/simulink软件建立了仿真模型，研究了杆件的间隙和弹性因素对摆振系统动力学造成的影响。同时分析了其他因素对摆振产生的影响，并提出了相应的减振措施。具体内容如下：
　　 建立了四连杆机构的动力学模型，分析了间隙因素对四连杆机构运动带来的影响，并得到了含间隙弹性四连杆机构的激励项；建立了含间隙弹性四连杆机构的有限元模型，利用matlab/simulink软件进行建模仿真，经比较发现考虑杆件弹性因素后系统的动力学响应有所改善，但是随着间隙的增大，系统最终还是进入了混沌运动状态。
　　 将转向梯形简化为四连杆机构，应用拉格朗日方程建立了含间隙刚性摆振系统的六自由度动力学模型，并结合含间隙弹性曲柄连杆机构的动力学模型，推出了含间隙弹性摆振系统的动力学模型。
　　 基于含间隙刚性、弹性摆振系统的动力学模型，利用matlab/simulink建立了相应的汽车摆振的模型，通过仿真分析，比较了刚性、弹性系统对汽车摆振带来的影响，发现：随着间隙的变化，弹性系统相对不容易使摆振进入混沌的运动状态，并给出了考虑弹性因素时间隙的取值范围。此外，本文还对车速，转向机的阻尼等相关的参数对摆振系统的影响进行了分析，并给出了相应的取值范围。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2前轮摆振的现象概述

1.2.1 摆振现象的分类

1.2.2 两种摆振现象的区别和联系

1.2.3 摆振现象的影响因素

1.2.4 汽车前轮摆振的研究成果

1.3含间隙机构运动学的研究成果

1.3.1 考虑间隙的机构动力学的发展现状

1.3.2 同时考虑间隙和弹性因素的机构动力学的发展现状

1.3.3 有限元方法简介

1.4本文的研究内容

第二章 含间隙刚性曲柄连杆机构非线性动态特性分析

2.1 引言

2.2含间隙刚性曲柄连杆机构动力学模型

2.2.1 判断间隙处的状态及受力的计算

2.2.2 动力学方程

2.3非线性系统动力学研究的方法

2.3.1 求解方法简介

2.3.2 非线性运动系统解的定性分析方法

2.3.3 非线性系统解的形式

2.4仿真模型的建立及仿真分析

2.5本章小结

第三章 含间隙弹性曲柄连杆机构非线性动态特性分析

3.1 引言

3.2间隙机构KED建模

3.2.1 水平梁单元和广义坐标

3.2.2 含间隙弹性连杆的运动分析

3.2.3 单元整体运动微分方程

3.2.4 系统运动微分方程

3.3含间隙弹性曲柄连杆机构的运动分析

3.4 本章小结

第四章 考虑间隙和弹性的汽车摆振系统的建立

4.1 引言

4.2摆振模型简介

4.3 含间隙刚性摆振六自由度模型的建立

4.3.1关于模型的假设

4.3.2含间隙刚性摆振模型的建模

4.4含间隙弹性汽车摆振系统的模型的建立

4.5 本章小结

第五章 汽车转向轮的摆振分析

5.1 引言

5.2仿真模型的建立及仿真结果分析

5.2.1 模型的参数列表

5.2.2 间隙及弹性因素对摆振响应的仿真结果分析:

5.2.3 车速对汽车摆振的影响的分析

5.2.4 转向机阻尼对汽车摆振的影响的分析

5.2.5 主销后倾角对汽车摆振的影响的分析

5.3本章小结

第六章 总结和研究展望

6.1 全文总结

6.2工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文