基于刚柔耦合的整车动力学建模与悬架隔振性能分析

论文摘要

本文是结合“国家863计划”项目子课题——“整车NVH控制技术”进行的研究。汽车的NVH性能,作为重要的法规和竞争指标在当今汽车产品竞争中变得举足轻重。悬架作为底盘以及整车的一个重要子系统,能够缓和冲击和吸收来自车轮的能量。悬架系统的几何结构、刚度、阻尼、橡胶衬套等参数对悬架的隔振性能以及整车的乘坐舒适性有着极其重要的作用。随着计算机技术和数值分析理论的发展,CAE技术在现代汽车产品设计中扮演着越来越重要的角色。为了在汽车隔振设计时充分考虑悬架系统的作用,本文将有限元方法和多体动力学虚拟样机仿真技术相结合,研究悬架系统结构特征和力学参数对整车振动的影响。先对组成悬架系统的各主要结构件进行模态分析,获得其固有振动特性。同时,在虚拟样机软件ADAMS/Car中建立了整车的各主要子系统,包括前后悬架、转向、轮胎、车身、动力总成等,并利用有限元分析生成柔性体的方法,建立了整车刚柔耦合动力学模型,以提高建模精度。其次,本文从悬架系统的隔振性能角度考虑,在ADAMS软件中编写了计算加权加速度均方根值的函数,对整车模型进行了动力学仿真分析。在此基础上利用试验优化的方法优化匹配了前后悬架系统的弹簧刚度和减振器阻尼参数,将匹配结果导入模型进行重新仿真,使得悬架系统的隔振性能得到一定程度的改善。最后,针对橡胶衬套的柔性连接作用和作为汽车设计后期少数几个可以修改的设计参数,利用有限元法分析橡胶衬套的刚度特性,结合DOE技术对悬架系统中几个主要橡胶衬套的刚度进行灵敏度分析,对其中影响较大的衬套刚度进行优化匹配,为改善整车的隔振性能提供指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外汽车动力学及悬架研究的历史与现状
• 1.3 论文的研究背景与内容
• 1.4 论文研究的意义
• 第二章 ADAMS 软件介绍与多体系统动力学理论基础
• 2.1 ADAMS 软件简介
• 2.2 多体系统动力学理论基础简介
• 2.2.1 多刚体系统动力学的理论基础
• 2.2.2 多柔体系统动力学理论基础
• 2.3 本章小结
• 第三章 整车刚柔耦合动力学模型的建立
• 3.1 悬架主要结构件的有限元模态分析
• 3.1.1 有限元模态动力学分析
• 3.1.2 悬架主要构件有限元模态分析
• 3.1.3 副车架与扭转梁柔性体的生成
• 3.2 整车各子系统模型的建立
• 3.2.1 整车建模坐标系的确定
• 3.2.2 前、后悬架子系统模型的建立
• 3.2.3 转向子系统模型的建立
• 3.2.4 横向稳定杆模型的建立
• 3.2.5 轮胎模型的建立
• 3.2.6 制动子系统模型的建立
• 3.2.7 车身子系统模型的建立
• 3.2.8 动力总成子系统模型的建立
• 3.3 整车刚柔耦合动力学模型建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 前后悬架刚度和阻尼匹配分析
• 4.1 道路仿真模型的建立
• 4.1.1 ADAMS软件的道路模型
• 4.1.2 随机路面道路模型的生成
• 4.2 ADAMS 软件的试验设计（DOE）技术
• 4.2.1 DOE 技术概述
• 4.2.2 响应曲面分析（RSM）介绍
• 4.2.3 试验矩阵的创建
• 4.2.4 拟合模型的统计检验
• 4.3 基于DOE 技术的前后悬架力学参数匹配研究
• 4.3.1 初始条件下的仿真
• 4.3.2 定义目标函数
• 4.3.3 确定试验因子与因子水平
• 4.3.4 试验设计方案确定与运行
• 4.3.5 数据处理
• 4.4 刚度阻尼的匹配结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 橡胶衬套刚度有限元分析与悬架中高频振动传递分析
• 5.1 橡胶衬套刚度特性有限元分析
• 5.1.1 橡胶材料非线性本构理论
• 5.1.2 橡胶衬套刚度特性有限元分析
• 5.2 悬架中高频振动传递分析
• 5.2.1 路面激励的确定
• 5.2.2 悬架弹簧刚度与减振器阻尼对振动传递的影响
• 5.3 橡胶衬套刚度优化
• 5.3.1 悬架系统主要橡胶衬套刚度的灵敏度分析
• 5.3.2 衬套刚度优化分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 附录：ADAMS 中编写的计算加权加速度均方根值的函数
• 参考文献
• 硕士期间参与的科研项目
• 攻读硕士学位期间发表的论文