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基于虚拟样机技术的轿车平顺性仿真分析及优化设计

作　者: 过吉生
导　师: 欧健
学　校: 重庆理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 汽车平顺性刚柔耦合有限元仿真分析优化
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

汽车平顺性是现代高速、高舒适性车辆的一个主要性能,更是同类汽车在市场竞争中是否具有优势的一个重要指标。但目前对车辆平顺性的研究一般采用多刚体动力学方法,而没有考虑车身柔性体对其的影响,致使仿真值与实际值存在一定的差别。因而对仿真模型进行整车刚柔耦合系统动力学研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以刚柔耦合系统动力学为理论基础进行车辆平顺性仿真分析,并提出了用固定界面动态子结构法分析整车刚柔耦合系统动力学的研究思路。论文以某轿车为原型,采用多体系统动力学软件MSC.ADAMS中的汽车动力学分析模块ADAMS/Car建立了前悬架模型、后悬架模型、发动机模型、车身模型、转向系模型、轮胎模型和随机路面模型,并组成整车多刚体系统动力学仿真模型。为了提高模型的精度,同时应用有限元分析软件HyperMesh建立了车身有限元柔体模型,用超单元概念通过界面凝聚功能对柔性车身进行预处理,导入ADAMS中生成柔性车身仿真模型,并与多刚体底盘系统组成整车刚柔耦合动力学仿真模型。在相同的仿真环境下,对比研究了多刚体和刚柔耦合这两种模型的整车平顺性。分析结果表明:采用刚柔耦合对平顺性进行研究的方法优于多刚体,也说明了在研究车辆平顺性时建立刚柔耦合模型是有必要的。最后,对该轿车物理样车进行了平顺性实车道路试验,通过对仿真与试验结果进行对比,验证了所建立平顺性仿真模型的准确性。并利用ADAMS/Insight中的试验设计对整车刚柔耦合模型的悬架参数进行了优化设计,依据国际标准中规定的平顺性评价法方法,对仿真模型悬架参数优化前后的平顺性结果进行了对比分析。结果表明:采用优化后的轿车悬架参数,车辆的行驶平顺性有了较明显的改善。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 本课题的研究意义和背景  10-11
  1.2 平顺性的主要研究内容  11-12
  1.3 平顺性的国内外研究现状  12-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
2 刚柔耦合系统动力学理论基础  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 多刚体系统理论基础  18-21
    2.2.1 广义坐标选取  18
    2.2.2 系统动力学方程的建立  18-19
    2.2.3 运动分析  19-20
    2.2.4 动力学分析  20-21
  2.3 多柔体系统理论基础  21-24
    2.3.1 模态集成法  21-23
    2.3.2 离散化法  23
    2.3.3 集成有限元模型的多体理论分析  23-24
  2.4 刚柔耦合系统理论基础  24-29
    2.4.1 刚柔耦合系统模型的建立  24-26
    2.4.2 模态综合法  26-27
    2.4.3 ADAMS 的固定界面动态子结构法  27-29
  2.5 本章小结  29-30
3 整车行驶平顺性仿真模型的建立  30-44
  3.1 引言  30
  3.2 整车系统分析  30
  3.3 利用ADAMS/Car 建立多刚体仿真模型  30-38
    3.3.1 整车模型参数的确定  31-32
    3.3.2 整车仿真模型坐标系的选择  32
    3.3.3 前悬架模型  32-33
    3.3.4 后悬架模型  33-34
    3.3.5 转向系模型  34-35
    3.3.6 多刚体车身模型  35-36
    3.3.7 动力总成模型  36-37
    3.3.8 轮胎模型  37-38
  3.4 柔性体车身模型  38-42
    3.4.1 车身有限元模型  38-41
    3.4.2 柔体车身中性文件  41-42
  3.5 整车刚柔耦合模型  42-43
  3.6 本章小结  43-44
4 整车行驶平顺性仿真和结果分析  44-56
  4.1 引言  44
  4.2 汽车平顺性评价方法  44-47
    4.2.1 人体对振动的反应  44-46
    4.2.2 汽车平顺性评价方法  46-47
  4.3 随机路面生成方法  47-49
  4.4 整车平顺性仿真分析  49-55
    4.4.1 构建平顺性道路仿真试验  49
    4.4.2 设置仿真参数  49-50
    4.4.3 平顺性道路仿真试验结果分析  50-55
    4.4.4 仿真结果对比分析  55
  4.5 本章小结  55-56
5 平顺性实车道路试验及优化设计  56-66
  5.1 引言  56
  5.2 实车道路试验  56-60
    5.2.1 试验仪器及工况  56-58
    5.2.2 试验结果及分析  58-60
    5.2.3 对比分析  60
  5.3 平顺性的优化设计  60-63
    5.3.1 评价函数的确定  60-61
    5.3.2 设计变量的选取  61
    5.3.3 约束函数的确定  61-62
    5.3.4 优化计算  62-63
  5.4 结果评价及分析  63-64
  5.5 本章小结  64-66
6 全文总结与展望  66-68
  6.1 总结  66
  6.2 展望  66-68
致谢  68-70
参考文献  70-74
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  74

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