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.     

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。     

考虑车架柔性的6×4商用车平顺性仿真

为了在初始设计阶段预测车辆平顺性、优化设计方案,建立考虑车架柔性的6×4商用车半车振动模型,进行随机输入行驶模拟试验,分析了车架弯曲、驾驶室悬置、发动机悬置及座椅悬置对整车平顺性的影响.利用假设模态方法建立车架弯曲模型,分析了车架柔性对整车平顺性的影响.通过灵敏度分析评价车辆主要参数对平顺性的影响,最后用模拟退火粒子群优化算法进行悬架和驾驶室悬置参数的优化匹配.仿真结果表明,前轴的悬架刚度和车架的第一阶弯曲振动对整车平顺性的影响很大,驾驶室悬置和座椅悬置对平顺性的贡献量最大.     

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.     

基于平顺性和道路友好性的重型货车悬架优化

提出一种基于车辆动力学仿真的重型货车悬架系统多目标优化策略,可同时改善车辆的平顺性和道路友好性,从而缓解驾驶疲劳、延长道路使用寿命.基于车辆动力学原理在Matlab/Simulink平台上构建了10自由度钢板悬架重型货车-路面系统的动力学模型,选择与该车匹配的被动空气悬架并设计半主动空气悬架模糊控制器;仿真并分析钢板悬架车辆模型、被动空气悬架车辆模型、半主动空气悬架车辆模型的使用效果;以被动空气悬架作为进一步优化的对象,归纳其平顺性和道路友好性随阻尼系数的变化规律,从而得到使车辆综合性能最优的悬架阻尼系数.     

基于响应曲面法的重卡悬架参数匹配优化

文章利用ADAMS/Car建立考虑高度控制阀的某种重型卡车空气悬架和整车多体动力学仿真模型,采用试验设计技术(DOE)设计试验方案,以悬架元件刚度、阻尼为试验因子,以驾驶员座椅处的加权加速度均方根函数为目标函数进行试验,通过响应曲面法对试验数据进行拟合,得到了目标函数与试验因子之间的关系表达式和悬架系统的最优参数。仿真结果表明采用优化后的悬架参数可使驾驶员舒适度得到提高。     

麦弗逊悬架参数变化对整车平顺性影响分析

设计了某车型前麦弗逊式悬架,通过搭建麦弗悬架动力学模型并对其进行动力学仿真及平顺性仿真分析,得到车辆以不同车速通过随机路面的振动分析数据,以此评价车辆行驶平顺性.通过逐步改变悬架刚度和阻尼值分析对车辆行驶平顺性的影响,进而得到提高车辆行驶平顺性的方法.     

四轮轮毂电机独立驱动电动汽车的振动特性分析

以四轮轮毂电机独立驱动电动汽车为研究对象,为全面分析轮毂电机引起的垂向振动负效应,建立了电动轮车整车振动系统的动力学模型,在Matlab软件平台下,采用模拟的随机路面谱作为整车四轮路面输入,对电动轮车的行驶平顺性进行仿真和评价,分析比较了轮胎刚度、悬架阻尼和轮毂电机质量等系统参数对平顺性的影响,为后续轮毂电机的设计和垂直振动控制策略提供参考.     

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.     

基于阻尼状态切换的装载机座椅悬架控制

为提高装载机驾驶员作业舒适性,提出了一种基于阻尼多状态切换减振器的装载机半主动座椅悬架系统.分析了阻尼多状态切换减振器的设计原理及油液流动行为,建立了阻尼多状态切换减振器数学模型,通过仿真分析获取了减振器4种阻尼状态下的复原阻尼系数和压缩阻尼系数,在此基础上,进一步构建了装载机半主动座椅悬架系统混杂动力学模型,设计了用于座椅半主动悬架的权值系数模糊自适应调整混杂模型预测控制策略,并在随机路面激励输入下进行了控制策略性能仿真分析.仿真结果表明:所提出的装载机半主动座椅悬架及其控制策略能够有效降低座椅垂向振动加速度均方根值,降幅达35.71%,同时改善座椅悬架动行程达30.88%,驾驶员作业舒适性得到显著提升.     

公路简支梁桥在车辆荷载作用下的动力响应分析

把车辆和桥梁看作两个分离的子系统,分别应用d’Alembert原理和有限元法建立它们的振动微分方程,通过两个子系统之间的位移协调条件和相互作用力相等的原则将车辆和桥梁的振动微分方程耦合起来.利用有限元软件ansys的二次开发APDL语言编写了求解车桥耦合系统振动微分方程的命令流,以路面随机不平顺为激振源,进行了车桥耦合系统动力响应的计算,研究了路面不平顺及车辆参数对桥梁动力响应的影响.计算结果表明,路面等级、车速、车辆悬架刚度、车辆悬架阻尼对桥梁结构动力响应的影响明显;车重、轮胎阻尼、轮胎刚度的影响次之.     

基于相对坐标建模的悬架参数D-最优试验设计

为了使人体乘坐舒适性评价指标获得更优值,使用实际车型的主要特性参数并基于相对坐标建立悬架及整车多体模型;参照平顺性道路试验标准,以悬架的弹簧刚度和减振器阻尼系数共四个主要参数作为优化对象,以基于"416-A"设计之X表的近似D-最优试验设计为方法,进行4因素水平16组不同组合的行驶平顺性仿真,建立二次回归方程并依据相应因素编码公式得出最佳参数匹配组合,通过优化前后的平顺性评价指标对比验证,发现人体主观感受有所提高,其中的驾驶员座椅处垂向加速度功率谱值降低了47.2%,说明该试验优化法在改善人体乘坐舒适性方面作用明显.     

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...     

平衡悬架钢板弹簧模型的建立与仿真

为更好分析重型卡车平衡悬架钢板弹簧的性能,应用离散梁单元方法创建了某重型卡车平衡悬架钢板弹簧的多体动力学模型,解决了重型卡车平衡悬架钢板弹簧大变形、接触非线性以及干摩擦等问题。通过调整离散梁单元的各项参数,得出了与实际钢板弹簧的垂向刚度变化和迟滞特性一致的模型。研究结果表明采用离散梁单元法建立的平衡悬架钢板弹簧模型能更真实、可靠地反映钢板弹簧的特性,也为整车动力学模型的建立提供了既准确又方便的平衡悬架钢板弹簧模型。     

空气悬架城市客车平顺性评估及优化

利用ADAMS/CAR建立空气弹簧城市客车多体动力学模型,研究车速和随机路面对客车平顺性的影响.采用Behnken盒式正交试验设计方法,对悬架参数进行灵敏度分析及优化,进而提升平顺性.研究表明:前悬弹簧刚度和前后悬减震器阻尼对平顺性影响较显著;当前悬弹簧刚度、减震器阻尼降低,以及后悬减震器阻尼增加时,整车平顺性得到较明显的提升.     

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。     

负刚度悬架系统动力学特性及其性能研究

为了研究负刚度悬架系统的动力学特性及其对车辆平顺性和操纵性能的影响,首先根据空气弹簧的实验数据和悬架刚度特性的仿真结果,建立了半挂车两自由度悬架系统动力学方程,采用四阶龙格-库塔方法分析了系统随激励频率和振幅变化的分岔图、相轨迹和庞加莱截面,并根据最大李雅普诺夫指数研究了空气弹簧线性刚度系数k1和减振器阻尼系数c对悬架系统混沌特性的影响.然后建立了负刚度悬架系统的仿真模型,计算了挂车在B级和C级道路上的平顺性.最后采用多体动力学仿真技术模拟挂车的等速转向过程,通过挂车车身侧倾角对比分析了车辆的操纵性能.结果表明:负刚度悬架系统存在分岔和混沌现象,改变系数k1可以改变混沌区域的宽度,而阻尼系数c的变化可使李雅普诺夫指数曲线上下平移;B级和C级两种路面上,负刚度悬架挂车车身加权加速度均方根值比线刚度悬架挂车降低了71.0%和77.6%,悬架动挠度均方根值增加了279.5%和87.1%,轮胎动载荷比后者分别增大了17.1%和14.2%;等速转向过程中车身侧倾角达到了7.53°,大侧倾角降低了轮胎的平均侧偏刚度,使得车辆的操纵性能变差.     

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.     

基于平顺性的矿用人车悬架参数匹配研究

为解决矿用人车平顺性较差的问题,提出一种基于平顺性评价指标的悬架参数匹配方法。通过悬架系统非线性动力学模型,分析悬架刚度、阻尼、缓冲块刚度和间隙对平顺性的影响,以随机路面下1/3倍频带加权加速度均方根值和脉冲激励下车身最大加速度响应作为评价指标,兼顾悬架动载荷的标准差和动挠度,分别在随机输入下进行悬架刚度和阻尼匹配,在脉冲输入下进行缓冲块刚度和间隙匹配。通过改进前和改进后的对比试验,证明了合理匹配后的悬架能够很大程度降低车身加权加速度值,改善车辆在随机路面和脉冲激励下的行驶平顺性。     

基于平顺性的矿用人车悬架参数匹配

为解决矿用人车平顺性较差的问题,提出一种基于平顺性评价指标的悬架参数匹配方法。通过悬架系统非线性动力学模型,分析悬架刚度、阻尼、缓冲块刚度和间隙对平顺性的影响,以随机路面下1/3倍频带加权加速度均方根值和脉冲激励下车身最大加速度响应作为评价指标,兼顾悬架动载荷的标准差和动挠度,分别在随机输入下进行悬架刚度和阻尼匹配,在脉冲输入下进行缓冲块刚度和间隙匹配。通过改进前和改进后的对比试验,证明了合理匹配后的悬架能够很大程度降低车身加权加速度值,改善车辆在随机路面和脉冲激励下的行驶平顺性。