基于田口方法的整车平顺性仿真及优化

论文摘要

本文结合吉林省科技发展计划重点项目“轿车底盘集成开发平台及关键技术研究”,以及与国内某汽车公司合作的MPV车改型设计课题,以车辆动力学、多体系统动力学理论为基础,利用虚拟样机对整车平顺性进行了仿真分析、试验研究及优化,重点是多工况下的平顺性研究。首先,以国产某MPV车为研究对象,运用多体系统动力学理论,构建了该车前、后悬架虚拟样机,在此基础上,建立了包括转向系、轮胎、车身等子系统在内的整车虚拟样机,对虚拟样机和实车分别进行了脉冲激励和随机路面激励两种工况下的平顺性仿真分析和试验研究,对前后悬架的运动学特性参数进行了车轮跳动仿真并和原车设计参数进行了对比,发现该车有前后悬架刚度不匹配、制动时抗点头性能差和侧倾刚度不匹配问题。其次,首次将稳健性的概念引入到平顺性研究中,对该车改型过程中出现的平顺性问题进行的全面计算、仿真和试验研究,在ISO2631的基础上提出了可以衡量垂直、俯仰和侧倾振动的评价指标,并根据汽车动力学理论提出了平顺性参数设计的27个约束条件,利用可行方向算法找到了在多工况下悬架参数最优值的变化规律,利用田口方法实现了多工况下平顺性参数的稳健设计,同时提出,多工况下汽车平顺性评价的稳健方法,圆满解决了刚度不匹配问题。再次,针对抗点头能力差的问题,研究了悬架导向机构对整车纵向稳定性的影响,推导了双横臂悬架上下摆臂的纵向倾斜角度和抗点头角的几何关系式,并对不同的倾角进行了仿真研究,找到了较优方案,解决了该车抗点头能力差的问题。最后,对优化前后整车平顺性和操纵稳定性进行了仿真分析和实车试验,结果显示,优化后的车身垂直加速度均方根值较优化前有了明显的改善,悬架动挠度和车轮相对动载在可接受的范围内,平顺性性能改善的同时,操纵稳定未受到不良影响。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 田口方法概述
• 1.1.1 田口方法的内涵
• 1.1.2 田口方法在国内外的应用及发展
• 1.1.3 田口方法在多工况平顺性研究中的应用
• 1.2 汽车平顺性的研究进展及评价
• 1.2.1 汽车平顺性的研究进展
• 1.2.2 多体系统动力学在汽车平顺性研究中的应用
• 1.2.3 汽车平顺性的评价
• 1.2.4 良好平顺性的欧雷准则
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.4 本文的研究内容及技术线路
• 第二章 整车多体系统动力学模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 柔性连接件的建模
• 2.2.1 橡胶衬套的线性化处理
• 2.2.2 横向稳定杆的柔性体模型
• 2.2.3 减振器的非线性模型
• 2.2.4 轮胎模型
• 2.3 前悬架和转向系模型
• 2.3.1 前悬架模型
• 2.3.2 转向系模型
• 2.4 后悬架模型
• 2.5 整车模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 整车平顺性模型验证及试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 悬架运动学特性仿真及验证
• 3.2.1 前悬架运动学特性参数仿真
• 3.2.2 后悬架运动学特性参数仿真
• 3.2.3 影响整车行驶平顺性的悬架系统特性参数仿真分析
• 3.3 随机路面的产生
• 3.4 整车平顺性仿真分析及实车试验
• 3.4.1 虚拟样机及实车偏频测试
• 3.4.2 随机路面激励仿真与试验
• 3.5 本章小结
• 第四章 悬架对整车平顺性的影响分析及优化
• 4.1 引言
• 4.2 悬架对平顺性的影响及相关约束条件分析
• 4.3 悬架参数优化研究
• 4.3.1 优化算法基本原理
• 4.3.2 优化变量的选择
• 4.3.3 优化目标函数
• 4.3.4 数学模型
• 4.3.5 优化结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于田口方法的平顺性参数设计
• 5.1 引言
• 5.2 田口方法的核心内容
• 5.2.1 稳健性设计的基本原理
• 5.2.2 田口方法的基本工具
• 5.2.3 田口方法的优缺点
• 5.2.4 一般优化与田口方法优化的不同
• 5.3 田口方法试验
• 5.3.1 因子水平的确定
• 5.3.2 内外正交表设计
• 5.3.3 试验结果分析
• 5.4 稳健性设计和多工况优化结果对比
• 5.5 平顺性评价的稳健方法与参数的稳健设计流程
• 5.6 本章小结
• 第六章 悬架抗点头性能仿真及平顺性试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 悬架抗点头几何分析及仿真优化
• 6.2.1 纵倾中心
• 6.2.2 理想抗点头角
• 6.2.3 上下摆臂倾角和抗点头角的关系
• 6.2.4 抗水平冲击
• 6.2.5 前悬架抗点头性能仿真
• 6.3 验证田口方法的行驶平顺性仿真计算
• 6.4 优化的MPV 汽车道路试验
• 6.4.1 平顺性试验
• 6.4.2 操纵稳定性试验
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT