面向整车关键性能匹配的悬架衬套优化研究

摘要

汽车操纵稳定性及平顺性能的优劣决定着乘客所处的振动环境的舒适性，对零部件疲劳寿命有很大影响，是现代汽车设计关注的重点。悬架橡胶衬套广泛应用于悬架与车身的连接部位，由于其具有超弹性、粘弹性等特性，起到了很好的减振降噪作用，对整车操纵稳定性及平顺性影响很大。在汽车设计后期，整车基本参数已经确定，因此对悬架橡胶衬套优化研究很有必要。　　本文以国产某轿车为研究对象，以提高整车操纵稳定性及平顺性为目标，优化关键部位悬架橡胶衬套尺寸参数，具体开展了以下研究内容：　　首先，研究了悬架橡胶衬套静动特性，获得了整车关键部位悬架橡胶衬套的力学特性曲线。选择典型的悬架橡胶衬套数学模型，通过上述力学特性曲线拟合数学模型参数，获得完整的悬架橡胶衬套数学模型。　　其次，使用FORTRAN语言将悬架橡胶衬套数学模型通过GFOSUB用户子程序编程，等待多体动力学软件Adams/Car的调用。建立麦弗逊悬架下控制臂和扭力梁悬架柔性体，装配前后悬架以及其他子系统，最终建立整车刚柔耦合多体动力学模型。选择稳态回转试验及蛇形试验作为操纵稳定性典型试验，选择随机不平路面仿真试验作为平顺性典型试验，进行整车操纵稳定性及平顺性仿真并分析其优劣程度。　　再次，以悬架硬点及橡胶衬套数学模型参数作为分析变量，以整车操纵稳定性及平顺性评价指标作为目标函数，联合Adams/Car模块和Isight多目标优化系统对各硬点及数学模型参数进行灵敏度分析。以整车操纵稳定性及平顺性较差的性能指标作为优化目标，以灵敏度较高的悬架硬点及橡胶衬套数学模型参数作为优化变量，选择第二代非支配排序多目标优化遗传算法（NSGA-Ⅱ）为优化算法，进行多因素联合优化，得到理想的悬架硬点及橡胶衬套数学模型参数。　　最后，以悬架橡胶衬套内外径大小作为优化变量，以理想的悬架橡胶衬套数学模型参数为优化目标，选择NSGA-Ⅱ作为优化算法，联合多目标优化系统Isight和有限元分析软件Hypermesh、Abaqus进行悬架橡胶衬套内外径尺寸优化，最终得到具有理想力学特性的悬架橡胶衬套内外径尺寸。　　本文以优化整车操纵稳定性及平顺性关键性能指标为目标，研究悬架橡胶衬套静动态力学特性，获得能表现其力学特性的数学模型。建立整车多体动力学模型，采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对操纵稳定性及平顺性关键性能指标进行优化，最终得到理想的悬架橡胶衬套数学模型参数，根据此参数优化得到理想的悬架橡胶衬套尺寸。

目录

声明

1 绪论

1.1 本文研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.2.1 悬架橡胶衬套力学特性

1.2.2 汽车多体动力学

1.2.3 整车操纵稳定性及平顺性

1.2.4 多目标优化研究

1.3 本文研究内容

2 悬架橡胶衬套静动特性研究及数学模型的建立

2.1 悬架橡胶衬套静动特性研究

2.1.1 悬架橡胶衬套本构模型的选择

2.1.2 悬架橡胶衬套有限元模型的建立与验证

2.1.3 悬架橡胶衬套静动特性研究

2.2 悬架橡胶衬套数学模型建立

2.2.1 典型数学模型

2.2.2 数学模型参数识别

2.3 本章小结

3 整车刚柔耦合多体动力学模型的建立与仿真

3.1 悬架橡胶衬套数学模型在Adams/Car中的应用

3.2 整车刚柔耦合模型的建立

3.2.1 麦弗逊悬架刚柔耦合模型的建立

3.2.2 扭力梁悬架刚柔耦合模型的建立

3.2.3 整车刚柔耦合模型的建立

3.3 整车操纵稳定性仿真试验

3.3.1 稳态回转试验

3.3.2 蛇形试验

3.4 整车平顺性仿真试验

3.4.1 路面模型的建立

3.4.2 平顺性仿真

3.5 本章小结

4 面向整车操纵稳定性及平顺性的悬架衬套优化研究

4.1 灵敏度分析

4.1.1 灵敏度分析方法

4.1.2 灵敏度分析结果

4.2 整车多目标优化

4.2.1 优化算法介绍

4.2.2 优化问题描述

4.2.3优化模型的建立

4.2.4 优化结果

4.3 本章小结

5 悬架橡胶衬套内外径尺寸优化研究

5.1 悬架橡胶衬套常用外形结构

5.2 悬架橡胶衬套有限元分析

5.2.1 有限元分析理论

5.2.2 悬架橡胶衬套有限元模型建立

5.3 悬架橡胶衬套内外径尺寸多目标优化

5.3.1 优化算法选择

5.3.2 优化问题描述

5.3.3 优化结果分析

5.4 本章小结

6 总结及展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果