基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.     

基于三维动力学模型的重型卡车动态参数对平顺性的影响

为了研究重型卡车动态参数对驾驶员舒适性的影响,以路面随机不平度为激扰,以驾驶室座椅垂向、驾驶室的俯仰角和侧倾角的加权加速度均方根值为目标函数,建立了13自由度的三维动力学模型.采用Matlab/Simulink软件对整车模型进行仿真计算,分析了不同系统参数,如悬架、轮胎、驾驶室悬架和驾驶员座椅悬架的参数对驾驶员座椅垂向振动、驾驶室前后和左右晃动的影响.研究结果表明:悬架系统中刚度和阻尼参数的最佳匹配对车辆平顺性的影响非常明显;随着悬架系统和轮胎刚度的增加,车辆平顺性从优向劣转变,而随着悬架系统阻尼的增加,车辆平顺性呈现从劣转优现象.该研究为重型卡车悬架系统设计提供相应的理论依据.     

11自由度非线性车辆平顺性模型的研究及应用

在分析车辆平顺性的基础上,建立了11自由度平顺性分析的模型,在传统模型的基础上增加了座椅,同时考虑了悬架的非线性因素.所建立的模型考虑了车身的俯仰及侧倾,以及座椅对车辆平顺性的影响,使分析模型更加详细和完整.利用变步长积分法得到车身的垂向振动、俯仰振动和侧倾振动加速度,以及4个座椅振动加速度,分析了不同路面、不同行驶速度和不同乘坐位置对车辆平顺性的影响.结果表明,考虑座椅的11自由度平顺性模型的分析结果更符合实际,比直接用车身来衡量平顺性的结果更精确.     

整车刚柔耦合动力学模型及平顺性优化

为了研究车身的弹性变形对整车行驶平顺性的影响,在ADAMS/Car模块中建立整车刚柔耦合模型,依据相关试验法规,进行了随机路面输入下的平顺性仿真试验,并通过实车道路试验对比验证模型的正确性和合理性.利用验证后的整车刚柔耦合模型和试验设计技术,对悬架的弹簧刚度系数、减震器阻尼系数进行优化.优化后车身质心处垂向振动加权加速度均方根值降低了12.6％,表明悬架系统参数的合理匹配可以明显改善车辆的行驶平顺性.     

基于十自由度车辆模型的汽车平顺性分析

通过建立十自由度车辆动力学模型,对汽车平顺性进行分析.运用振动理论分析了车辆的传递函数和振动特性,并通过讨论选择了车身质心加速度、悬架动挠度、车轮相对动载荷、车身俯仰角加速度等参量作为平顺性评价标准.通过Matlab/Simulink对车辆振动特性进行仿真,讨论了轮胎刚度和动力总成悬置刚度对平顺性的影响.结果表明,两者...     

基于Kriging模型的动力总成悬置系统多目标优化

针对轮式装载机在怠速NVH性能差的问题,提出了一种基于Kriging模型的动力总成悬置系统的优化设计方法.建立了包含动力总成系统的整车虚拟样机模型.结合最优拉丁超立方试验设计、Kriging近似模型以及NSGA-II多目标优化方法,选取悬置的刚度作为设计变量,以动力总成系统解耦度、驾驶室地板垂向加速度以及底盘动能作为目标函数进行优化,得到Pareto前端.通过权重系数法求得最优解,并通过整车模型进行验证.结果表明,该方法能够快速有效地对悬置系统进行优化,优化后的悬置系统解耦率得到提升,同时,优化后的整车模型在模拟的5个稳态工况下,驾驶室的振动及底盘动能均有所降低,驾驶室振动最大降幅为23.6%,(怠速),底盘动能最大降幅为22.0%(2,000,r/min),整车平顺性得到提升.     

商用车驾驶室振动测试试验研究

针对某商用卡车驾驶室振动异常的情况,依据汽车平顺性随机输入行驶试验方法国家标准对该卡车进行实车道路平顺性试验,通过计算驾驶室悬置的隔振率,并结合频谱分析的方法进行综合分析,找出振动的原因是驾驶室悬置的隔振效果差,与动力总成的激励频率共振,影响了驾驶室舒适性,需要改进悬置参数来改善隔振特性.     

副车架弹性变化对整车性能的影响

为了研究副车架弹性模量变化对整车性能的影响,对某一款轿车的副车架在保证强度的前提下,进行了模态分析得到其柔性文件,并组装得到了刚柔耦合整车模型。通过patran软件赋予了副车架几组不同的弹性模量,在ADAMS/Car软件中建立了具有不同弹性模量副车架的整车模型,并对它们进行了同等条件下的平顺性及操纵稳定性对比分析,研究了不同弹性副车架对整车行驶平顺性以及操纵稳定性的影响。结果表明,过度提高或者减小副车架弹性模量均会导致驾驶员座椅地板处总加权加速度均方根值上升,使得整车平顺性能下降,且对操纵稳定性也有一定的负面影响,副车架弹性模量维持在一定范围之内可使得整车性能最佳。     

全地域移动平台振动特性仿真分析

为分析全地域移动平台的振动特性,建立了10自由度半车刚体振动模型.整车振动模型的求解采用时域法,模型激励为路面随机输入位移信号.按照路面不平度功率谱,采用三角函数法来生成路面随机位移数据.利用建立的10自由度整车刚体振动模型,分析了车架弹性振动的影响,结果表明车架的1阶、2阶弯曲对整车振动的影响较大,更高阶的弯曲对整车振动的影响较小,因此在1/2整车振动模型建模中,考虑到车架的1阶、2阶弯曲已能满足精度要求,能很好地分析整车振动.最后结合ISO2631-1对人体振动的评价方法,分析了驾驶员处的振动舒适性.     

基于6σ稳健性方法的汽车行驶平顺性优化

建立某轿车11自由度的整车平顺性模型,以各个座椅垂向加速度均方根最小为优化目标,以各个悬架的动行程和各个车轮的相对动载为约束条件,结合蒙特卡罗方法和6σ稳健性优化技术,分别对悬架参数进行多目标确定性优化和稳健性优化,分析设计变量波动对优化结果的影响.优化结果表明:优化后的整车平顺性明显提高;稳健性优化结果比确定性优化结果具有更高的稳健性和可靠性.     

载货车驾驶室悬置测试与分析

针对某款搭载新型驾驶室后悬置的载货车,为研究其振动特性的改善效果,以原型车以及一款同类车型为对标车,进行匀速工况下的道路平顺性试验,对测得的加速度信号进行分析、对比,得到测试车型的平顺性,整车振动较为恶劣的部位以及振动传递过程中隔振率较低的减振部件,进而提出驾驶室悬置系统的改进方向以及引起较大振动的来源,为今后同类车型的振动诊断与改进提供方法与思路。     

汽车弹性元件对平顺性的影响分析及试验优化

基于Matlab/Simulink应用环境,建立1/4车辆三自由度平顺性模型,对随机路面输入下的汽车平顺性进行仿真。应用参数敏感度理论,分析悬架弹簧刚度、悬架橡胶件垂向刚度、座椅刚度和轮胎刚度对座椅和地板垂向加速度均方根值的影响。根据仿真分析结果,对某款轿车橡胶元件进行了试验优化。仿真和试验结果表明:改变橡胶元件刚度可以有效地提高汽车平顺性。     

重载汽车动力学性能多目标优化分析

以三轴重载汽车为例,以影响其动力学性能的悬架参数优化为目的,在随机路面激励的作用下,构建了三点虚拟激励模型,通过建立三轴重载车的六自由度模型,利用虚拟激励法得出驾驶室座椅均方根值表达式,并以加权的加速度均方根值作为平顺性的评价指标;建立汽车转弯运动力学模型,得出侧倾稳定性因数与悬架的侧倾特性和由路面随机激励所产生的动载荷之间的关系,确定以稳定性因数作为汽车侧倾运动的稳定性评价指标;将整车的95百分位四次幂合力作为道路友好性的评价指标.根据悬架刚度和阻尼与各性能评价指标之间的关系,基于Isight软件,运用遗传算法NSGA-II实现了汽车的平顺性、稳定性和道路友好性的多目标综合优化,从而得出了悬架刚度和阻尼的最佳匹配值.该思路对于多轴重载车的参数设计具有参考价值.     

道路试验条件下商用车驾驶室振动舒适性优化

以道路试验数据为激励和验证信号,从2个方面提高驾驶室的振动舒适性:驾驶室结构方面,在HYPERMESH中对其进行了结构优化,在ADAMS中对结构优化前后的驾驶室振动舒适性进行了量化对比,结构优化后,不同车速下,驾驶员座椅处加权加速度均方根值平均降低6%;驾驶室悬置方面,利用柔性化的驾驶室建立其悬置系统的多体动力学模型,以加权加速度均方根值为优化目标,在频域内对悬置的刚度和阻尼进行了正交试验优化,在时域内对优化前后悬置的动挠度进行了对比,悬置优化后,不同车速下,驾驶室员座椅处加权加速度均方根值平均降低10%,悬置动挠度平均降低21%。     

全车速下商用车驾驶室悬置系统优化设计

应用多体动力学软件ADAMS,针对某全浮式商用车驾驶室在路况较差时产生剧烈振动的问题,建立了整车多刚体动力学模型;并基于此模型进行了平顺性仿真试验。通过对驾驶室悬置系统刚度和阻尼参数的正交优化设计,试验得出不同车速下的优化方案;并对各个车速的优化结果进行正交权衡分析得到最终可实施的全车速下的最优方案。经过实车试验验证,全车速下的最优方案能够明显提高驾驶室的乘坐舒适性,表明正交权衡分析法效果理想,具有一定的工程指导意义。     

应用于汽车动力总成启停工况的磁流变悬置设计与试验

为了克服汽车动力总成在启停工况下的大幅抖动和转矩激励使得车辆平顺性变差的缺点,设计了一种应用于汽车启停等低频工况的流动模式磁流变悬置.考虑激励电流对磁流变液黏度以及液阻效应对阻尼通道内液体流量的影响规律,建立磁流变悬置阻尼力数学模型和磁路的多目标优化函数;利用Isight和ANSYS软件搭建协同仿真优化平台,采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行磁路的优化设计;分别进行磁流变悬置单体动态性能测试以及整车启停工况下的隔振性能测试.试验结果表明:优化后的磁流变悬置可控阻尼力相对于优化前增加了111.71%,恢复力相对于优化前增加了21.99%;汽车在启停工况下,当激励电流为1.0A时,安装优化后的磁流变悬置时悬置被动侧(与车身相连接的一侧)的振动加速度峰值相对于优化前减小了33.3%,驾驶员座椅导轨处的振动加速度减小了21.6%,改善了车辆的平顺性.     

基于整车的半主动油气悬架滑模控制研究

以提高平顺性为目的,针对油气悬架整车设计了以天棚阻尼为参考模型的滑模控制系统,对4个悬架的阻尼力分别进行控制,建立了非线性半主动油气悬架的七自由度整车模型,使被控车辆振动响应能够跟随参考模型.在Matlab环境中对滑模控制系统的性能进行了验证,仿真车辆以54km/h的速度行驶于D级路面,与被动油气悬架相比,模型参考滑模控制系统能够有效衰减簧载质量的垂向振动、俯仰振动和侧倾振动.结果表明,基于油气悬架整车的模型参考滑模控制系统对路面激励和车辆参数变化具有较强的鲁棒性,适合应用于非线性油气悬架阻尼控制.     

汽车振动系统动态参数优化

汽车悬架及司机座椅动态参数对汽车行驶的平顺性有着重要影响.以八自由度弹簧质量系统作为汽车振动系统的力学模型,用前后四轮路面随机激励作为系统输入,对车厢及司机座椅的输入功率谱进行分析,在此基础上对该模型的悬架及司机座椅动态参数进行优化,并给出悬架参数及司机座椅参数的优化结果     

非线性油气悬架系统平顺性仿真与参数优化设计

基于油气悬架台架实验,建立工程自卸车八自由度数学模型,该模型包含刚度五次方非线性和阻尼立方非线性.在此基础上利用SIMULINK建立仿真模型,并用实验验证仿真模型的正确性.通过对油气悬架参数的灵敏度分析,确定优化变量,然后以行驶平顺性为优化目标,建立油气悬架参数优化模型,利用SIMULINK、遗传算法对油气悬架参数进行联合优化设计,得到油气悬架理想的非线性刚度和阻尼特性曲线.仿真分析与实验结果表明:油气悬架的减振特性需要进一步优化设计.优化后,各车速下座椅的加权加速度均方根值分别降低了约17.3％,18.8％,25.8％,油气悬架的减振性能和整车行驶平顺性得到明显改善.     

基于NSGA-Ⅱ和BP算法的横置板簧悬架系统多目标优化

为了匹配汽车簧载质量和悬架刚度,文章建立整车悬架系统振动模型,基于多目标优化理论,以车身加速度均方根值最小、车身侧倾角最小为2个优化目标,将非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-Ⅱ）和反向传播（back propagation,BP）神经网络结合进行多目标优化;根据车辆簧载质量变化和性能偏好,对悬架参数进行匹配,然后对悬架参数进行Sobol敏感度分析,得到各悬架参数对平顺性和操稳性的不同重要程度。仿真结果表明,匹配后的数据对平顺性和操稳性均有较好的优化效果,前阻尼值对平顺性影响最大,后刚度值对操稳性影响最大。