橡胶衬套对悬架弹性运动与整车转向特性影响的研究

论文摘要

悬架K&C是底盘平台性能的关键影响因素和重点内容。因橡胶衬套的大量采用及车速的不断提高,使悬架弹性运动对整车转向特性的影响变得极端重要,成为悬架K&C的核心内容,研究这一问题的关键和难点是橡胶衬套的建模。结合吉林省科技发展计划重点项目“轿车底盘集成开发平台及关键技术的研究”和国内某MPV样车底盘平台开发项目,本文对橡胶衬套的建模及其对悬架弹性运动与整车转向特性的影响问题展开了研究。本文具体阐述了悬架K&C的内容、研究手段及特性指标,建立了分析悬架K&C特性的虚拟样机库,分析了影响悬架弹性运动的因素及本质原因(橡胶衬套变形)。在分析悬架橡胶衬套工况特点和传统衬套模型不足的基础上,基于有限元与模态综合理论建立了面向结构的橡胶衬套柔性体模型,并进行了试验研究。结果表明:该模型具有适合研究悬架弹性运动的较多优点,且保证了较高的精度。在此基础上,利用衬套柔性体模型和虚拟样机技术建立了MPV样车前后悬架及整车模型,并结合试验进行了悬架及整车相关性能分析。结果表明:采用衬套柔性体模型结合虚拟样机方法模拟分析衬套对悬架弹性运动及整车转向特性的影响是可行的。针对样车不足转向量偏大的问题,利用考虑束角变化的汽车双轨运动模型分析了悬架弹性运动影响整车转向特性的机理,并结合仿真与试验,探讨了通过调整衬套改善前后悬架弹性运动及整车转向特性的各种方案及改善效果。结果,仅通过减小后悬架导向臂4个衬套的材料模量并改变外侧衬套的安装方向,便改善了侧向力作用下前束角的C特性,进而使样车获得了满意的不足转向特性。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的目的与意义
• 1.1.1 悬架K&C 是影响底盘平台性能的关键因素
• 1.1.2 悬架弹性运动学成为悬架K&C 的重点和核心
• 1.1.3 橡胶衬套的建模是研究悬架弹性运动的关键和难点
• 1.2 悬架K&C 特性与橡胶衬套建模的研究概况
• 1.2.1 悬架K&C 特性与汽车操纵稳定性的理论研究
• 1.2.2 悬架K&C 特性测试技术的发展现状
• 1.2.3 整车及悬架K&C 特性仿真技术的发展
• 1.2.4 橡胶衬套模型的发展概况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 悬架K&C 及弹性运动的影响因素
• 2.1 悬架运动与弹性运动及其K&C 特性
• 2.1.1 悬架的几何运动与弹性运动
• 2.1.2 悬架K&C 特性的定义及特点
• 2.2 悬架运动学与弹性运动学研究的内容
• 2.2.1 悬架的加载工况
• 2.2.2 悬架K&C 的特性指标
• 2.3 悬架K&C 特性台架试验
• 2.3.1 悬架K&C 试验台结构组成
• 2.3.2 悬架K&C 试验台的测试能力
• 2.4 悬架K&C 特性仿真分析及虚拟样机库的建立
• 2.4.1 悬架K&C 特性仿真分析的功能特点
• 2.4.2 悬架K&C 特性虚拟样机库的建立
• 2.5 悬架弹性运动的影响因素
• 2.5.1 导向机构拓扑结构对悬架弹性运动的影响
• 2.5.2 橡胶衬套刚度特性和安装方向对悬架弹性运动的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 悬架橡胶衬套的建模与试验研究
• 3.1 悬架橡胶衬套的力学特性
• 3.1.1 橡胶的微观结构与物理特性
• 3.1.2 橡胶及橡胶件的力学特性
• 3.1.3 悬架橡胶衬套工况及建模特点
• 3.2 悬架橡胶衬套力学特性的建模
• 3.2.1 悬架橡胶衬套建模的基本考虑
• 3.2.2 橡胶衬套线性力学模型
• 3.2.3 橡胶衬套耦合力学模型
• 3.2.4 橡胶衬套非线性试验模型
• 3.3 悬架橡胶衬套柔性体模型的提出及其理论基础
• 3.3.1 衬套柔性体模型的基本思想及特点
• 3.3.2 模态综合及刚弹耦合的基本理论
• 3.4 悬架橡胶衬套柔体模型的建立
• 3.4.1 橡胶衬套的有限元模型
• 3.4.2 橡胶衬套柔性模型的模态形状
• 3.4.3 橡胶衬套柔体模型的静刚度特性
• 3.5 橡胶衬套静刚度特性试验研究
• 3.5.1 橡胶衬套的试验件
• 3.5.2 试验件卡具的设计
• 3.5.3 单向加载试验控制及试验装置
• 3.5.4 试验结果与仿真结果的对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 悬架及整车刚弹耦合建模与试验研究
• 4.1 前悬架系统刚弹耦合模型的建立
• 4.1.1 上下横臂处橡胶衬套柔性体模型的建立
• 4.1.2 前悬架系统刚弹耦合模型的建立
• 4.2 后悬架系统刚弹耦合模型的建立
• 4.2.1 斜臂橡胶衬套柔性体模型的建立
• 4.2.2 后悬架系统刚弹耦合模型的建立
• 4.3 整车刚弹耦合模型的建立
• 4.4 衬套、悬架及整车的仿真与试验
• 4.4.1 橡胶衬套刚度特性的仿真与试验研究
• 4.4.2 悬架K&C 特性的仿真与试验研究
• 4.4.3 整车操纵稳定性的仿真与试验研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 橡胶衬套变形对悬架弹性运动及整车转向特性的影响
• 5.1 橡胶衬套变形影响整车转向特性的机理
• 5.1.1 考虑束角变化的车辆双轨运动模型
• 5.1.2 橡胶衬套变形影响整车转向特性机理的推导
• 5.1.3 通过调整橡胶衬套改善样车转向特性的方案分析
• 5.2 后悬架橡胶衬套变形对弹性运动的影响
• 5.2.1 衬套材料特性改变对后悬架弹性运动的影响
• 5.2.2 衬套安装方向对后悬架弹性运动的影响
• 5.3 前悬架橡胶衬套变形对弹性运动的影响
• 5.3.1 材料改变后橡胶衬套柔性体模型及其刚度特性
• 5.3.2 衬套材料特性改变对前悬架弹性运动的影响
• 5.4 橡胶衬套变形对整车转向特性的影响
• 5.4.1 整车模型稳态回转仿真
• 5.4.2 实车稳态回转道路试验
• 5.5 悬架弹性运动过程中橡胶衬套的变形
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结及展望
• 6.1 论文创新点
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文及科研成果
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢