类菱形车操纵动力学分析与优化

论文摘要

汽车操纵稳定性是影响汽车主动安全性的重要因素,受汽车结构、道路环境和驾驶员等因素影响。本文以类菱形底盘布置车辆为研究对象,应用多体动力学理论和方法,在操纵稳定性理论前期研究的基础上,进行了面向类菱形底盘布置车辆的整车运动学分析和动力学分析优化,为类菱形车操纵稳定性提高提供了理论基础。根据类菱形底盘布置特点,选择合适的悬架结构,运用有限转动张量和空间解析几何法建立了类菱形车双横臂悬架参数化运动学模型,并用ADAMS软件验证了模型的正确性。基于该运动学模型,以悬架摆臂长度和初始位置作为优化变量,对悬架跳动过程中轮胎接地点最大滑移量、轮胎最大外倾角、侧倾力臂和后倾角变化进行了优化,从而使类菱形车操纵稳定性得到提高,为后继研究奠定了基础。根据前期研究结果,对改进后的车身造型进行风洞试验,测试结果表明类菱形车空气动力学性能得到很大提高。根据类菱形底盘结构车辆,结合多体动力学理论,对类菱形车侧倾机理进行分析,建立了类菱形车整车稳态侧倾模型。基于该类菱形车稳态侧倾模型,主要分析了类菱形车稳态侧倾过程中,整车质心高度、侧倾中心高度、悬架侧倾角刚度、悬架载荷分配等参数对侧倾过程中轮胎载荷变化、侧向加速度变化、车身侧倾角变化的影响,并对类菱形车侧倾极限进行了分析计算。结合类菱形车稳态侧倾分析结果和车辆侧倾过程中对车身侧倾角和侧翻阀值的要求,通过合理选择整车布置参数,提高了类菱形车抗侧倾能力,为改善类菱形车操纵稳定性提供了理论依据。在侧倾分析的基础上,建立了类菱形车稳态俯仰模型。根据类菱形车加速和减速工况的区别,分别对类菱形极限加减速情形下的车辆俯仰进行了分析,主要分析了纵倾中心高度和重心纵向偏移量对车辆俯仰的影响。在保证类菱形车侧倾稳定性的前提下,通过选择整车参数,合理布置前后悬架导向杆系,确定合适的纵倾中心高度和重心纵向偏移量,能够增强类菱形车抗俯仰能力,提高类菱形车操纵稳定性。开环操纵稳定性研究方法适合于车辆本身特性的研究,也是操纵稳定性研究的基础。开环操纵稳定性不考虑驾驶员特性,主要研究道路-车辆模型,把汽车本身看作是一个控制系统,按照对控制系统稳定性,稳态品质和瞬态响应特性的一般要求,来分析和研究汽车的运动特性。根据类菱形车侧倾动力学模型和俯仰动力学模型分析,并结合传统底盘布置车辆的整车参数,确定了类菱形车整车基本参数。在三自由度开环操纵稳定性时变模型基础上,根据试验标准对类菱形车稳态回转试验、方向盘角阶跃输入试验、方向盘转角脉冲输入试验进行模拟,分析了类菱形车稳态和瞬态响应,并根据操纵稳定性指标限制与评价方法对各响应指标进行分析评价,类菱形车在方向盘角阶跃、稳态回转和方向盘转角脉冲试验中,各评价指标结果表明类菱形车具有很好的操纵稳定性。本文作为类菱形底盘布置车辆操纵稳定性前期理论研究,为类菱形车整车参数选取和提高操纵稳定性提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 多体系统动力学概述
• 1.1.1 多体系统动力学发展
• 1.1.2 多体系统动力学研究方法
• 1.2 汽车动力学研究现状及方法
• 1.3 多体系统动力学理论在汽车动力学研究中的作用
• 1.4 操纵稳定性与行车安全
• 1.4.1 操纵稳定性概述
• 1.4.2 研究操纵稳定性的意义
• 1.5 本文的主要研究内容与意义
• 第2章 类菱形车底盘及车身空气动力学性能优化
• 2.1 悬架及其结构
• 2.1.1 非独立悬架
• 2.1.2 独立悬架
• 2.2 类菱形车底盘及其悬架结构
• 2.2.1 类菱形底盘及特点
• 2.2.2 类菱形车辆悬架结构及特点
• 2.3 多目标遗传算法
• 2.4 类菱形车悬架运动学分析和优化
• 2.4.1 类菱形车双横臂中悬架运动学分析与优化
• 2.4.2 类菱形车单轮转向悬架运动学分析
• 2.5 类菱形车空气动力学性能及风洞试验
• 2.5.1 类菱形车空气动力学性能对操纵稳定性的影响
• 2.5.2 类菱形车风洞试验
• 2.6 本章小结
• 第3章 类菱形车稳态侧倾动力学分析
• 3.1 车辆侧翻
• 3.2 类菱形车刚体模型准静态侧倾
• 3.3 考虑悬架组合角刚度和轮胎垂向刚度的类菱形车侧倾
• 3.3.1 悬架组合侧倾角刚度
• 3.3.2 簧载质量侧倾角和非簧载质量侧倾角关系
• 3.3.3 车辆稳态转向过程中侧倾导致的载荷转移分配
• 3.3.4 考虑悬架刚度和轮胎垂向刚度的类菱形车载荷转移
• 3.3.5 类菱形车稳态侧倾模型建立
• 3.3.6 类菱形车稳态转向影响因素的敏感性和趋势分析
• 3.3.7 类菱形车辆侧翻阀值与传统底盘布置车辆侧翻阀值的区别
• 3.3.8 类菱形车稳态转向结果分析
• 3.4 类菱形车与传统底盘布置车辆转向性能对比
• 3.5 类菱形车稳态侧倾试验
• 3.6 本章小结
• 第4章 类菱形车俯仰运动动力学分析
• 4.1 车辆纵倾
• 4.2 类菱形车与传统底盘布置车辆抗纵倾对比
• 4.3 类菱形车纵倾动力学分析
• 4.3.1 类菱形车俯仰导致的轮胎载荷转移
• 4.3.2 前后悬架非簧载质量俯仰角与轮胎载荷变化
• 4.3.3 簧载质量纵向偏移引起的轮胎载荷分配
• 4.3.4 簧载质量俯仰角和非簧载质量俯仰角关系
• 4.3.5 前后悬架俯仰角刚度
• 4.3.6 类菱形车俯仰模型建立及分析
• 4.4 类菱形车抗俯仰性能提高
• 4.4.1 纵倾中心低于簧载质量重心时簧载质量纵向转移分析
• 4.4.2 纵倾中心高于簧载质量重心时簧载质量纵向转移分析
• 4.5 簧载质量纵向偏移量对类菱形车稳态侧倾影响
• 4.6 类菱形车加速与俯仰试验
• 4.7 本章小结
• 第5章 类菱形车操纵稳定性分析与评价
• 5.1 类菱形整车基本参数选取
• 5.2 类菱形车操纵稳定性动力学模型
• 5.3 稳态回转操纵稳定性分析
• 5.3.1 稳态回转试验
• 5.3.2 稳态回转试验指标限值与评价方法
• 5.4 方向盘转角阶跃输入瞬态响应分析
• 5.4.1 方向盘角阶跃瞬态响应试验
• 5.4.2 方向盘角阶跃响应试验指标限值与评价方法
• 5.5 方向盘转角脉冲输入瞬态响应分析
• 5.5.1 方向盘转角脉冲输入试验
• 5.5.2 方向盘转角脉冲输入试验指标限值与评价方法
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读博士学位期间所发表的学术论文和专利目录