轻型客车悬架系统建模及可靠性试验方法优化

论文摘要

本文结合某汽车集团公司汽车性能及可靠性试验方法重点研究项目“轻型客车性能评价及可靠性试验方法优化”及“汽车整车试验场综合可靠性的试验标准制订”进行的。应用ADAMS软件建立了某轻型客车完整的悬架系统模型,对悬架特性参数进行了优化计算,利用Matlab/Simulink模块建立了横摆角速度神经网络阻尼控制模型。优化结果明显地改善了悬架系统性能,在附着系数较高的路面上,能够有效抑制汽车的过多转向特性、提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。采用模板化建模方法建立了轻型客车的模型,并对其性能仿真分析。对比分析试验场耐久路与用户路面试验车辆和对标车辆后轴的疲劳损伤,计算了试验场搓板路对车辆的损伤。利用MTS六通道耦合系统对试验车辆和对标车辆进行了振动模态扫频。基于疲劳累积损伤机理以及S-N曲线的Basquin方程,利用Goodman经验公式对非零平均应力数据进行了等效转换处理,建立了动力传动系相关数学模型。根据动力传动系可靠性数学模型,优化计算了雨流矩阵载荷谱相同条件下的试验场耐久路试验工况与试验方法,对试验场可靠性耐久路比例进行了科学匹配。1)悬架运动学特性与控制策略利用ADAMS软件建立了完整的悬架运动学仿真模型。并针对轮距和前轮侧向滑移量随车轮上下跳动变化量偏大的问题进行了优化计算,从实际应用角度出发考虑,有效地改善了悬架系统的性能。基于悬架阻尼系数的变化对车辆簧载质量加速度、悬架动挠度和车轮动载荷有重要影响这一机理建立了横摆角速度BP神经网络PID控制算法与车辆前后悬架阻尼控制模型,能够有效抑制汽车的过多转向特性、提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。2)性能研究应用模板化建立模型方法,将模型按总成分解成多个层次分明、拓扑关系清晰的子系统。模型建立后,以操纵稳定性和行驶平顺性为例,通过仿真结果与相应的实车试验数据进行对比,验证性能仿真分析结果的正确性,说明本文所建仿真模型是可信的,可以用于轻型客车的性能评价与可靠性试验方法优化研究。3)后轴疲劳特性与模态响应分析分析对比试验场强化路、搓板路、综合性能路、沙土路、高速公路、城市路面以及一般公路试验车辆和对标车辆后轴的疲劳损伤。后轴的疲劳损伤主要集中在试验场搓板路,车辆经过搓板路时路面产生的激励频率与试验车辆后轴开裂部位应变的工作幅值频率相近,造成了后轴的高应力。利用MTS六通道耦合系统对试验车辆和对标车辆进行振动模态扫频,通过振动扫频进一步分析了试验车辆和对标车辆后轴振动频率的差异原因,以及和车身振动频率的关系,为试验车辆后轴质量改进提供了可靠数据支持。4)动力传动系可靠性试验方法在疲劳累积损伤机理与S-N曲线Basquin方程基础上,应用Goodman疲劳经验公式对非零平均应力进行了等效转换处理,针对用户使用的典型路面和试验场耐久路的试验数据,应用雨流计数法获得载荷分布矩阵。应用应变寿命曲线曼森一科芬（Manson-Coffin）方程对应变——疲劳寿命曲线进行了绘制。依据疲劳损伤相等原理,应用等载荷谱方法建立了动力传动系用户典型路面和试验场耐久路的相关数学模型。应用最小二乘法估计了多元线性回归模型中的比例系数。5)试验数据处理与方法优化在采集到正确的试验载荷时间信号基础上,剔除了试验数据信号的奇异点、对趋势项进行了消除的预处理。依据试验场耐久路与用户典型路面的道路载荷谱相等原理,以及动力传动系相关的数学模型,利用雨流计数法处理了试验数据,优化并计算出了试验场耐久路数据和用户典型路面数据雨流矩阵载荷谱相同条件下的试验场耐久路试验工况及试验方法,针对目前可靠性试验技术方法存在的问题,对试验场耐久路面比例进行科学匹配,避免了以往试验的盲目性,为新车产品定型可靠性试验提供一种有效试验方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 疲劳特性与可靠性试验方法
• 1.3.1 汽车零部件疲劳特性
• 1.3.2 可靠性试验方法及存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容及技术路线
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 悬架系统建模及行驶稳定性研究
• 2.1 悬架运动特性仿真及优化
• 2.1.1 建模机理
• 2.1.2 运动学模型建立
• 2.1.3 运动学仿真
• 2.1.4 运动特性参数优化
• 2.2 悬架控制策略
• 2.2.1 悬架控制机理
• 2.2.2 悬架刚度特性
• 2.2.3 神经网络PID控制算法
• 2.2.4 典型工况控制
• 2.2.4.1 单移线工况控制
• 2.2.4.2 阶跃工况控制
• 2.3 车辆的行驶稳定性
• 2.3.1 操纵稳定性
• 2.3.1.1 转向盘角阶跃输入
• 2.3.1.2 稳态回转
• 2.3.2 行驶平顺性
• 2.3.2.1 脉冲激励
• 2.3.2.2 随机路面
• 2.4 本章小结
• 第3章 后轴疲劳特性及模态响应分析
• 3.1 结构的疲劳损伤
• 3.1.1 结构疲劳特性
• 3.1.2 应变载荷采集
• 3.1.3 疲劳损伤计算
• 3.1.4 试验场数据处理
• 3.1.5 用户典型路面数据处理
• 3.2 模态响应试验
• 3.2.1 试验方案
• 3.2.2 模态振动扫频
• 3.2.3 模态分析结果
• 3.3 结构改进
• 3.4 本章小结
• 第4章 动力传动系可靠性试验方法研究
• 4.1 结构的疲劳破坏
• 4.1.1 疲劳载荷谱
• 4.1.2 结构的疲劳寿命
• 4.2 传动系数学模型
• 4.2.1 数学模型建立
• 4.2.2 模型参数估计
• 4.2.3 回归方程检验
• 4.2.4 回归系数显著性检验
• 4.3 用户典型路面及试验场试验
• 4.3.1 参数测量与传感器布置
• 4.3.2 试验数据采集设备
• 4.3.3 用户典型路面分类
• 4.3.4 山区公路试验
• 4.3.5 试验场道路分类
• 4.3.6 高速环路变速试验
• 4.3.7 坡路试验
• 4.4 本章小结
• 第5章 试验数据处理及试验方法优化
• 5.1 试验数据正确识别
• 5.2 时域信号预处理
• 5.2.1 数据的奇异点
• 5.2.2 趋势项消除方法
• 5.3 数据处理
• 5.3.1 数据的压缩
• 5.3.2 等载荷数据优化
• 5.4 试验场可靠性试验方法
• 5.5 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 本文的主要工作与结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文及参与课题
• 致谢