BRT客车铰接装置逆向设计及其整车虚拟样机仿真的研究

论文摘要

快速公交(BRT)客车的发展是顺应了现在不断成长中的大中型城市的要求,这就要求BRT客车有高的运作效率,即拥有大的承载量和较高的运行速度,因此,用铰接装置连接前、后车身的大长度BRT客车满足了大承载量的要求,较高的运行速度又对铰接装置的结构强度提出了更高的要求。由此可见,铰接装置是BRT客车发展中的最为关键的技术,其结构和强度设计的好坏决定着客车行驶的安全和操纵稳定性。本文内容分为两大部分:第一部分,针对后推式低地板城市BRT客车的铰接装置进行设计。首先,对其重要的参数进行了理论核算;其次,根据逆向设计的方法制定了铰接装置参数化建模的流程,根据流程对铰接装置的结构进行参数化建模;最后,并用多柔性体动力学的方法对铰接装置进行强度分析。通过分析可知,在极限载荷工况下,铰接装置能工作在安全状态下,铰接装置在结构设计方面不存在大的缺陷。第二部分,由于BRT客车连接前、后车身的铰接装置的存在和发动机后置的原因,其在行驶过程中铰接装置能否有效地限制前、后车身的相对运动,使客车行驶在相对稳定、安全的工况下成为一个重要问题。针对这个问题,本文通过多体动力学软件MSC.Adams/Car建立了整车多体动力学模型。然后,依照国家标准对客车进行了操纵稳定性的仿真分析,并进行了仿真评价。通过仿真分析,综合各项指标评价出BRT客车操纵稳定性较好,前、后车身的相对运动被铰接装置限制在允许的范围以内。由此进一步验证了铰接装置在结构上的有效性和安全性。综上所述,本文分别从理论和实际建模方面对铰接装置进行了设计,从多体动力学方面对铰接装置和整车操纵稳定性进行了分析。说明所设计的铰接装置自身结构拥有较好的结构强度和安全性,在BRT客车的行驶过程中有效的限制了车身的相对运动,一定程度上提高客车的操纵稳定性。在本文的研究基础上,对已经实现参数化的铰接装置,可以针对不同车型继续进行二次开发,并对修改后的铰接装置按照文中步骤进行多柔性体动力学分析。另外,整车操纵稳定性还有进一步研究的空间,例如空气弹簧变刚度的影响等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 BRT发展历史及现状
• 1.1.1 BRT交通发展现状
• 1.1.2 BRT车辆发展概况
• 1.2 铰接装置的研究现状
• 1.3 逆向工程的概念及应用
• 1.4 多体动力学的发展概况及研究方法
• 1.4.1 多体动力学的发展概况
• 1.4.2 多体动力学的研究方法
• 1.4.3 多体系统动力学在汽车动力学研究中的作用
• 1.5 操纵稳定性评价方法简介
• 1.6 本文研究的主要意义和内容
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第2章 铰接装置最大转角的理论核算
• 2.1 引言
• 2.2 前、后车身最大夹角的理论分析
• 2.3 本课题车辆最大夹角的计算
• 2.4 本章小结
• 第3章 逆向特征建模概述及CATIA V5逆向模块
• 3.1 逆向工程概述
• 3.2 逆向工程基于特征的参数化建模方法
• 3.3 数据测量原理及设备
• 3.4 CATIA V5逆向造型模块
• 3.5 铰接装置逆向参数化设计的基本步骤
• 3.6 本章小结
• 第4章 铰接装置的逆向参数化设计
• 4.1 云点数据的测量
• 4.2 云点数据预处理
• 4.2.1 云点简化
• 4.2.2 多视图拼合
• 4.2.3 铰接装置前件及后件云点的处理过程
• 4.3 模型的反求及参数化
• 4.3.1 模型轮廓曲线提取及处理
• 4.3.2 模型参数化
• 4.3.3 模型特征细化
• 4.4 铰接装置完整模型的建立
• 4.5 本章小结
• 第5章 ADAMS软件简介及其计算方法
• 5.1 ADAMS软件简介
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 ADAMS软件的特点
• 5.1.3 ADAMS软件模块简介
• 5.2 ADAM软件的分析、计算方法
• 5.2.1 广义坐标选择
• 5.2.2 动力学方程的建立
• 5.2.3 动力学方程的求解过程
• 5.2.4 静力学分析、运动学分析、初始条件分析
• 5.3 ADAMS软件应用中解决数值发散的技巧
• 5.3.1 数值发散的原因
• 5.3.2 解决数值发散的技巧
• 5.4 本章小结
• 第6章 铰接装置多柔性体动力学分析
• 6.1 引言
• 6.2 铰接装置多柔性体模型的建立
• 6.3 铰接装置计算及结果分析
• 6.3.1 铰接系统约束及加载
• 6.3.2 铰接系统求解及后处理
• 6.4 本章小结
• 第7章 整车多体系统动力学仿真模型的建立
• 7.1 引言
• 7.2 整车特征参数的获取
• 7.3 车身仿真模型的建立
• 7.4 前悬架仿真模型的建立
• 7.5 中悬架仿真模型的建立
• 7.6 后悬架仿真模型的建立
• 7.7 转向系仿真模型的建立
• 7.8 轮胎仿真模型的建立
• 7.9 整车仿真模型的建立
• 7.10 本章小结
• 第8章 BRT公交客车的操纵稳定性分析
• 8.1 引言
• 8.2 操纵稳定性仿真分析
• 8.2.1 稳态回转仿真分析
• 8.2.2 蛇行试验仿真分析
• 8.3 操纵稳定性仿真计分评价
• 8.3.1 稳态回转计分评价
• 8.3.2 蛇形试验仿真计分评价
• 8.4 本章小结
• 第9章 全文总结
• 参考文献
• 致谢