面向SUV整车性能的刚柔耦合建模、仿真及优化研究

论文摘要

SUV (Sport Utility Vehicle),即运动型多功能车。在现代高速汽车的生产制造中,整车操稳性和平顺性能十分重要,整渐渐成为评价汽车性能的重要技术指标。本文以汽车行驶动力学理论和多体系统动力学理论为基础,结合某SUV型车的技术参数和特点,利用ADAMS/Car软件建立了整车各个基本组成子系统的多刚体动力学模型。通过一系列柔化试验,在多刚体前悬架模型的基础上建立了刚柔耦合前悬架模型,并对其进行了车辆定位参数的多目标优化设计。将各个子系统模型装配成为整车模型,并进行了整车操稳性和平顺性的仿真分析。首先,在某SUV车的技术参数和特点基础上,通过对原型车实际模型一定程度的简化,在ADAMS/Car模块中建立了整车各基本子系统的多刚体动力学模型,分析了各子系统间的连接关系,并通过信息交换器把所有子系统模型装配成整车的多刚体动力学模型。其次,以多刚体前悬架模型为基础,通过弹性衬套替换刚性铰接、上下横臂和横向稳定杆的柔化处理等一系列仿真试验,说明了弹性衬套连接以及部分构件的柔化处理对悬架运动学特性有很大影响。建立了悬架刚柔耦合模型,并进行了动力学的仿真与分析。第三,结合ADAMS/Insight选取了适当的悬架硬点坐标作为设计变量,以定位参数变化范围最小值为优化目标,采用“直接加权统一目标函数法”构建了多目标函数,并在ADAMS/View中对前悬架进行了多目标优化设计。仿真结果表明,该双横臂悬架的运动学特性得到了改善。最后,采用优化后的刚柔耦合前悬架子系统,建立了整车的刚柔耦合多体动力学模型,参照国家标准对整车进行了操稳性和平顺性仿真。另外,通过与多刚体整车模型仿真结果的比较,分析了刚柔耦合前悬架子系统替代多刚体前悬架子系统对整车性能的影响。经过仿真计算与分析,SUV前悬架和整车多体系统模型与实际车型在主要性能参数及其变化趋势上基本相符,得到了该生产厂家的认可。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源与意义
• 1.2 课题研究的国内外现状与分析
• 1.2.1 多体系统动力学国内外现状与分析
• 1.2.2 汽车系统动力学仿真的国内外现状与分析
• 1.3 本文的主要研究内容和创新点
• 1.3.1 本文的主要研究内容
• 1.3.2 本文研究的主要创新点
• 2 多体系统动力学与虚拟样机技术
• 2.1 多刚体系统动力学研究方法
• 2.2 多柔体系统动力学研究方法
• 2.3 虚拟样机技术
• 2.3.1 虚拟样机技术在汽车研究中的应用
• 2.3.2 ADAMS软件简介
• 2.3.3 ADAMS重要组成模块
• 2.4 本章小结
• 3 基于ADAMS/Car的SUV整车多刚体动力学模型建立
• 3.1 ADAMS中整车建模基础
• 3.1.1 整车建模子系统
• 3.1.2 整车建模步骤及建模参数
• 3.1.3 整车建模原始数据
• 3.2 建立前悬架子系统模型
• 3.2.1 前悬架结构原理
• 3.2.2 建立前悬架多刚体模型
• 3.2.3 前悬架阻尼与弹簧特性
• 3.3 建立后悬架子系统模型
• 3.3.1 钢板弹簧结构原理
• 3.3.2 建立钢板弹簧多体模型
• 3.3.3 建立后悬架子系统模型
• 3.3.4 后悬架阻尼特性
• 3.4 建立横向稳定杆子系统模型
• 3.5 建立车身子系统模型
• 3.6 建立转向器子系统模型
• 3.7 建立轮胎子系统模型
• 3.8 组装整车系统模型
• 3.9 本章小结
• 4 刚柔耦合前悬架子系统的建立及仿真分析
• 4.1 悬架系统中的柔性元件
• 4.1.1 橡胶弹性衬套
• 4.1.2 柔性结构件
• 4.2 前轮定位参数介绍
• 4.3 多刚体前悬架子系统模型的柔化试验
• 4.3.1 柔化试验过程
• 4.3.2 柔化试验结果及分析
• 4.4 刚柔耦合悬架子系统模型的建立及仿真分析
• 4.4.1 刚柔耦合悬架子系统模型的建立
• 4.4.2 基于刚柔耦合悬架子系统模型的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于刚柔耦合模型的悬架多目标优化
• 5.1 确定优化目标
• 5.2 选择优化方法
• 5.3 建立多目标优化函数
• 5.4 选择优化设计变量
• 5.5 定义优化设计变量
• 5.6 优化结果及分析
• 5.7 本章小结
• 6 SUV整车性能仿真分析
• 6.1 整车仿真步骤
• 6.2 整车性能仿真类型
• 6.3 整车操稳性仿真
• 6.3.1 角阶跃转向试验
• 6.3.2 转向回正性试验
• 6.4 整车平顺性仿真
• 6.4.1 正弦波扫描激励下的整车振动分析
• 6.4.2 随机不平路面试验
• 6.4.3 脉冲输入试验
• 6.5 刚柔耦合悬架子系统对整车性能的影响分析
• 6.5.1 对整车操稳性的影响分析
• 6.5.2 对整车平顺性的影响分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文及研究成果