摩托车及全地域车行驶动力学研究

论文摘要

行驶动力学性能是摩托车及全地域车的重要使用性能,包括平顺性和操纵稳定性,目前对于摩托车及全地域车行驶动力学方面的研究还很少,部分关键技术国内尚处于空白状态。本文系统的对摩托车及全地域车的行驶动力学的关键技术进行了研究,主要包括平顺性评价的主观和客观方法探索性研究、平顺性测试评价分析研究、车体结构动态特性分析研究、平顺性建模分析研究和操纵稳定性分析研究。本文首先深入研究了人体振动评价国内外研究现有成果,进行了大量摩托车和全地域车的平顺性道路行驶试验,在此基础上分析了摩托车及全地域车的平顺性特点,提出了摩托车及全地域车平顺性客观评价方法,利用加权加速度均方根值为指标对座位处和手把处的振动分别进行评价,大量试验测试分析结果表明提出的评价方法可行。人的主观感觉才是平顺性的最终评价,为此提出了一种平顺性主观评价方法,采用五级评分指标,由数十名经验丰富的驾驶员、数十名摩托车用户,对数十款典型摩托车进行驾驶感受五级打分评价,基于此数据,采用模糊评价的方法,建立了平顺性主观模糊评价模型,从而建立起了座位处振动和手把处振动的客观评价指标和人体主观感觉之间的联系。为满足摩托车及全地域车平顺性测试评价分析的需求,基于虚拟仪器理念开发了便携式的测试系统,搭建了可脱离计算机独立进行数据采集测试的硬件系统,利用时域法和频域法设计开发了平顺性分析软件。应用便携式平顺性测试系统,对数十款摩托车及全地域车进行了平顺性试验,分析了摩托车及全地域车的平顺性特点:高频振动较大,而且发动机的影响个体差异较大;振动的峰值因子约为5;除全地域车的手把处外,其余部位的左右方向振动较小可忽略。车体动特性直接影响平顺性的好坏,本文结合有限元法和试验法分析了车体结构动态特性,针对车架挂发动机的结构动态特性分析,提出了有效的简化建模方法——把发动机简化为具有质量和转动惯量的0维质量单元,通过MSC.Nastran中的RBE2单元与车架刚性连接,并经试验验证具有通用性,使车体动特性分析效率大幅提高。分析表明发动机极大的改变了车架结构特性,在考虑车体结构动态特性与整车振动的匹配关系时,必须考虑发动机对车体结构的影响。结合车体结构动态特性分析和整车平顺性试验,分析了车体结构与平顺性的匹配关系,进行了多款摩托车平顺性改进,论文中给出了两款通过改善车体结构动态特性来改善整车平顺性的实例。为分析结构参数对平顺性的影响,基于MSC.Adams建立了摩托车和全地域车整车平顺性动力学模型,考虑路面激励和发动机激励的影响,建模时把发动机作为实体,施加驱动和气体作用力以模拟发动机的真实工作特点。分析了人体振动假人模型、车架柔性化在平顺性建模时的影响,指出了假人模型和车架柔性化的必要。利用正交试验法,讨论了某摩托车和某全地域车中前后悬架、座椅刚度系数和阻尼系数对平顺性的影响,结果表明座椅参数对座椅振动影响最大,对手把振动和摩托车座位处振动来说,前悬参数的影响比后悬大,而后悬参数对全地域车座位处振动的影响更大,另外参数间的交互作用也值得重视。参照汽车操纵稳定性试验评价方法,初步建立了全地域车操纵稳定性试验评价方法并进行了试验测试分析。试验发现全地域车在低侧向加速度时具有不足转向、中等侧向加速度时具有过多转向、高侧向加速度时又具有不足转向特性。建立了全地域车的操纵动力学模型,仿真分析结果与试验结果一致。在转弯行驶过程中,驾驶员身体的移动能一定程度上改善整车稳态回转特性,与驾驶员的经验一致。转角输入脉冲试验表明全地域车的谐振频率约为1.2Hz。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 2 摩托车及全地域车平顺性评价方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 人体全身振动评价方法研究
• 2.2.1 ISO2631-1985
• 2.2.2 BS6841-1987
• 2.2.3 ISO2631-1997
• 2.2.4 吸收功率法
• 2.2.5 评价方法的对比分析
• 2.3 人体手传振动评价方法研究
• 2.3.1 ISO5349-2001
• 2.3.2 ISO5349 标准的演变
• 2.3.3 吸收功率法的应用
• 2.3.4 评价方法的对比分析
• 2.4 摩托车及全地域车平顺性客观评价方法的建立
• 2.4.1 评价指标的计算
• 2.4.2 分析频率范围的确定
• 2.5 摩托车及全地域车平顺性主观评价研究
• 2.5.1 主观评价方法构建
• 2.5.2 主观评价试验
• 2.5.3 主观评价试验数据的模糊统计分析
• 2.5.4 主客观评价指标的关系
• 2.6 本章小结
• 3 平顺性测试系统开发及平顺性试验分析
• 3.1 引言
• 3.2 测试系统需求
• 3.3 硬件系统
• 3.3.1 传感器
• 3.3.2 电荷电压转换器
• 3.3.3 采集器
• 3.4 软件系统开发
• 3.4.1 软件总体设计
• 3.4.2 平顺性分析模块设计
• 3.4.3 基于FAMOS 的平顺性分析软件
• 3.4.4 基于MATLAB GUIDE 的平顺性分析软件
• 3.5 摩托车及全地域车平顺性试验分析
• 3.5.1 台架试验
• 3.5.2 道路试验
• 3.5.3 摩托车及全地域车平顺性特点
• 3.6 本章小结
• 4 车体结构动态特性及其对平顺性的影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 车体动态特性分析方法
• 4.2.1 实验法
• 4.2.2 解析法
• 4.3 车体动态特性分析
• 4.3.1 车架结构动态特性分析
• 4.3.2 车架挂发动机结构动态特性分析
• 4.3.3 发动机对结构动特性的影响
• 4.3.4 车体与外界激励的匹配关系
• 4.4 修改车体结构动态特性改善平顺性实例
• 4.4.1 实例一
• 4.4.2 实例二
• 4.5 本章小结
• 5 摩托车及全地域车整车平顺性仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 摩托车平顺性仿真分析
• 5.2.1 整车动力学模型
• 5.2.2 路面激励的模拟
• 5.2.3 发动机激励的模拟
• 5.2.4 振动假人模型的影响
• 5.2.5 车体柔性化的影响
• 5.2.6 悬架参数影响分析
• 5.3 全地域车平顺性仿真分析
• 5.4 本章小结
• 6 全地域车操纵稳定性仿真与试验分析
• 6.1 引言
• 6.2 全地域车操纵稳定性仿真分析
• 6.2.1 全地域车多体动力学建模
• 6.2.2 全地域车操纵稳定性仿真分析
• 6.2.3 全地域车操纵稳定性影响因素分析
• 6.3 全地域车操纵稳定性试验分析
• 6.3.1 稳态转向特性试验
• 6.3.2 转角脉冲输入试验
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间参加的科研项目