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重型载货汽车建模、仿真及总成特性对性能影响的分析

作　者: 崔丽楠
导　师: 李杰
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 重型载货汽车 Trucksim 参数化建模 总成特性
分类号: U469.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自1956年我国生产出第一辆载货汽车到现在,载货汽车在我国已有50多年的生产历史。随着经济的快速发展,国家对基础设施建设力度的增大,重型载货汽车在物资调配中的作用日益明显,在国民经济中发挥着举足轻重的作用。随着载货汽车逐步向高端化、大吨位发展,我国对重型载货汽车的研发投入力度也逐渐增大,“十一五”国家863计划设立了2项关于重型汽车开发先进技术的项目。运用多体动力学软件对重型载货汽车进行建模、仿真和分析,已经成为研究重型载货汽车性能的重要方法。重型载货汽车动力学模型的准确性,直接影响到仿真结果的可靠性,如何准确和高效建立重型载货汽车动力学模型是一个值得深入研究的问题。本文基于国家863项目的要求,基于面向总成特性的整车动力学仿真软件Trucksim,在企业给定原始数据的基础上,探索通用的重型载货汽车参数确定方法,通过仿真与实车试验对比的方法校验模型的正确性,以操纵稳定性为重点,研究车体、悬架和转向系总成特性及其交互作用对汽车性能的影响,找出使性能最优的总成特性组合,改善汽车性能。本文研究的具体内容如下:(1)重型载货汽车总成特性参数的确定方法在深入分析Trucksim的基础上,根据理论力学、汽车构造和汽车理论的相关原理,由企业给定的原始数据获得了重型载货汽车车体、车桥与悬架、轮胎、动力传动系统、转向系统和制动系统6个总成,包括整车质量和尺寸、轮胎特性、车轮定位、悬架的K&C特性、减震器特性、发动机、离合器、变速器、差速器、制动系和转向系等200多组特性参数或特性曲线参数。根据这些参数,采用Trucksim建立了整车动力学模型,进行了直线行驶工况、连续换挡行驶工况和稳态圆周行驶工况的仿真,对总成特性参数进行调试,使之更加合理准确,解决了应用Trucksim对三轴重型载货汽车进行动力学建模与仿真的参数描述问题。(2)重型载货汽车操纵稳定性、动力性和制动性的仿真分析为了使仿真动画外形与实车外形吻合,应用三维软件Maya对已有其它汽车外形进行修改,建立了与实车外形吻合的三轴重型载货汽车外形,供Trucksim仿真动画模块调用。参考相关国家标准和实车试验仿真了蛇形、转向盘角阶跃输入、转向盘角脉冲输入、稳态回转、转向回正和转向轻便性6个工况的操纵稳定性试验,将仿真结果与实车试验结果进行了对比,校验了模型的正确性。引入驾驶员模型对国家标准规定而没有进行实车试验的70 km/ h的蛇形试验进行了仿真,参考动力性国家标准,仿真了滑行、爬陡坡、加速性能和最高车速的动力性试验,参考制动性国家标准,仿真了发动机脱开和发动机接合的0型试验,说明了仿真的价值,对一些没有进行实车试验或实车试验出现问题的工况,可以通过仿真来分析其动力学性能。(3)车体、悬架和转向系总成特性参数对性能影响的研究以操纵稳定性为重点,研究了总成特性对汽车性能的影响。根据国家标准和相关文献,选取操纵稳定性、动力性和制动性的试验指标。改变车体、悬架和转向系总成特性某一个参数的数值,保持其余参数不变,仿真这一特性参数改变对操纵稳定性评价指标的影响,保留影响较大的参数作为正交试验因素,设计正交试验方案,按照试验方案进行仿真,研究总成特性参数及其交互作用对汽车性能的影响。获得了试验因素及其交互作用对性能影响的主次顺序和使汽车性能最佳的因素水平组合,通过仿真对使汽车性能最佳的因素水平组合进行了验证,改善了汽车性能,为重型载货汽车总成特性参数的选取和性能的优化提供了方向和依据。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第1章 绪论  12-16
  1.1 课题的提出  12-14
    1.1.1 重型载货汽车动力学的研究现状  12-13
    1.1.2 总成特性对性能影响的研究意义  13-14
  1.2 Trucksim参数化建模方法及其应用现状  14-15
    1.2.1 Trucksim参数化建模方法  14
    1.2.2 Trucksim应用现状  14-15
  1.3 本文的研究内容  15-16
第2章 重型载货汽车总成特性参数的确定方法  16-44
  2.1 车体特性参数的确定  16-18
    2.1.1 确定车体特性参数的原始数据  16
    2.1.2 车体外形尺寸  16-17
    2.1.3 整车质心位置  17
    2.1.4 非簧载质量质心位置  17
    2.1.5 车体质心位置  17-18
    2.1.6 车体转动惯量  18
  2.2 车桥与悬架特性参数的确定  18-25
    2.2.1 确定车桥与悬架特性参数的原始数据  18-19
    2.2.2 车桥质心位置  19-20
    2.2.3 车轮旋转轴高度和轮距  20
    2.2.4 非簧载质量及绕其质心的侧倾/横摆转动惯量  20-21
    2.2.5 车轮回转转动惯量  21
    2.2.6 与车桥相关的侧倾特性  21-22
    2.2.7 悬架跳动的运动学特性  22
    2.2.8 车轮定位参数  22
    2.2.9 悬架弹簧参数  22-24
    2.2.10 减振器参数  24
    2.2.11 机械压缩比、辅助侧倾力矩和辅助侧倾阻尼力  24
    2.2.12 钢板弹簧、阻尼器和限位块的间距  24
    2.2.13 悬架弹性运动学系数  24
    2.2.14 平衡悬架参数  24-25
  2.3 轮胎特性参数的确定  25-26
    2.3.1 确定轮胎特性参数的原始数据  25
    2.3.2 轮胎垂直特性参数  25
    2.3.3 车轮滚动阻力系数和轮胎宽度  25-26
    2.3.4 轮胎模型参数  26
    2.3.5 轮胎动态特性参数  26
  2.4 动力传动系统特性参数的确定  26-31
    2.4.1 确定动力传动系统特性参数的原始数据  26-27
    2.4.2 动力传动形式的确定  27-28
    2.4.3 发动机参数  28-29
    2.4.4 离合器参数  29-30
    2.4.5 变速器参数  30
    2.4.6 差速器参数  30-31
  2.5 制动系统特性参数的确定  31-34
    2.5.1 确定制动系统特性参数的原始数据  31-32
    2.5.2 未安装ABS装置制动系统的模拟  32-33
    2.5.3 制动力调节阀的描述  33-34
    2.5.4 制动力矩的描述  34
  2.6 转向系统特性参数的确定  34-40
    2.6.1 确定转向系统特性参数的原始数据  34-36
    2.6.2 转向盘力矩  36
    2.6.3 转向系统K特性  36-37
    2.6.4 转向机构弹性运动学特性  37
    2.6.5 车轮纵向拖距和横向拖距  37-38
    2.6.6 车桥扭转弹性运动学系数  38-39
    2.6.7 车桥扭转角对车轮转角的影响系数  39-40
    2.6.8 车桥跳动引起的车轮转角系数  40
  2.7 整车动力学模型参数的调试  40-43
    2.7.1 直线等速行驶工况的调试  40-41
    2.7.2 连续换挡加速工况的调试  41-42
    2.7.3 固定转向盘圆周工况的调试  42-43
  2.8 本章小结  43-44
第3章 重型载货汽车动力学性能的仿真  44-68
  3.1 汽车外形的建立  44-46
    3.1.1 参考汽车外形的确定  44-45
    3.1.2 实际汽车外形的建立  45-46
  3.2 整车动力学仿真的设置  46-49
    3.2.1 车速的设置  46
    3.2.2 挡位的设置  46-47
    3.2.3 转向盘转角的设置  47
    3.2.4 路面的设置  47-49
  3.3 操纵稳定性的仿真与验证  49-59
    3.3.1 蛇形试验的仿真与验证  49-51
    3.3.2 转向盘转角阶跃输入的仿真与验证  51-54
    3.3.3 转向盘转角脉冲输入的仿真与验证  54-56
    3.3.4 稳态回转试验的仿真与验证  56-57
    3.3.5 转向回正性能试验的仿真与验证  57-58
    3.3.6 转向轻便性试验的仿真与验证  58-59
  3.4 动力性的仿真与分析  59-65
    3.4.1 滑行试验的仿真与分析  59-61
    3.4.2 爬陡坡试验的仿真与分析  61-63
    3.4.3 加速性能试验的仿真与分析  63-64
    3.4.4 最高车速试验的仿真与分析  64-65
  3.5 汽车制动性的仿真与分析  65-67
    3.5.1 汽车制动性试验的仿真设置  65
    3.5.2 汽车制动性试验的仿真与分析  65-67
  3.6 本章小结  67-68
第4章 重型载货汽车总成特性对性能影响的仿真分析  68-85
  4.1 性能试验指标的确定  68-69
    4.1.1 操纵稳定性试验指标的确定  68-69
    4.1.2 动力性和制动性试验指标的确定  69
  4.2 车体特性对性能影响的仿真分析  69-74
    4.2.1 车体特性试验因素的选取  69
    4.2.2 车体特性对操纵稳定性影响的单因素试验  69-70
    4.2.3 车体特性对性能影响的正交试验  70-74
  4.3 悬架特性对性能影响的仿真分析  74-79
    4.3.1 悬架特性试验因素的选取  74-75
    4.3.2 悬架特性对操纵稳定性影响的单因素试验  75
    4.3.3 悬架特性对性能影响的正交试验  75-79
  4.4 转向系特性对性能影响的仿真分析  79-83
    4.4.1 转向系特性试验因素的选取  79
    4.4.2 转向系特性对操纵稳定性影响的单因素试验  79-80
    4.4.3 转向系特性对性能影响的正交试验  80-83
  4.5 总成特性最佳组合的性能仿真  83-84
    4.5.1 总成特性的最佳水平组合  83
    4.5.2 总成特性最佳组合的性能仿真  83-84
  4.6 本章小结  84-85
第5章 全文总结  85-87
参考文献  87-94
致谢  94

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 载货汽车
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