汽车钢板弹簧动力学建模及应用研究

摘 要：针对传统的钢板弹簧动力学模型在整车平顺性仿真分析时,存在的仿真精度低、未考虑运动特性等问题。本文对钢板弹簧的动态特性对整车平顺性的影响进行研究。根据运动学理论,推导钢板弹簧的运动学特性计算公式,并分析钢板弹簧的运动特性对其弹性恢复力和阻尼力的影响;利用Hyper Mesh和ANSYS建立钢板弹簧的三维有限元模型,并将该模型导入基于Adams建立的整车动力学模型。对整车动力学模型进行平顺性仿真分析,结果表明：采用钢板弹簧模型与减震器模型的整车平顺性仿真结果与实车测试结果的最大误差分别为14.67%、30.48%;本文建立的钢板弹簧模型比单纯将钢板弹簧简化为具有静刚度和阻尼的减震器模型,其平顺性仿真结果与实际更为接近。     

汽车钢板弹簧动力学建模及应用研究

针对传统的钢板弹簧动力学模型在整车平顺性仿真分析时存在的仿真精度低、未考虑运动特性等问题,开展钢板弹簧的动态特性对整车平顺性影响的研究。根据运动学理论,推导钢板弹簧的运动学特性计算公式,并分析钢板弹簧的运动特性对其弹性恢复力和阻尼力的影响;利用Hyper Mesh和ANSYS建立钢板弹簧的三维有限元模型,并将该模型导入基于ADAMS建立的整车动力学模型。对整车动力学模型进行平顺性仿真分析,结果表明:采用钢板弹簧模型与减震器模型的整车平顺性仿真结果与实车测试结果的最大误差分别为14.67%、30.48%;所建立的钢板弹簧模型与单纯将钢板弹簧简化为具有静刚度和阻尼的减震器模型相比,其平顺性仿真结果与实际更为接近。     

某三轴越野运输车共振试验分析和改进

在公路行驶过程中,发现某三轴越野运输车车速在50 km/h~60 km/h范围内存在较强烈的共振现象,驾乘人员主观感受舒适性较差。通过理论分析与道路行驶试验相结合的方法,找出该车型在此车速段整车共振频率为3.7Hz左右,因车轮产生的摇振频率与整车的固有频率相接近而产生共振。为消除振动现象,本着对车辆改动最小的原则,通过调整前后悬架板簧刚度方法调整整车的振动频率。试验结果表明,振动噪声降低明显,驾乘人员乘坐舒适性和整车平顺性得到改善。     

基于多体力学的汽车空气弹簧悬架优化

基于ADAMS/View软件对湖南大学自主研发的某一车型,以提高整车行驶平顺性为目的,综合考虑阻尼系数、悬架刚度和非簧载质量各因素对平顺性的影响,建立了空气弹簧悬架及整车仿真分析模型,构造了仿真分析所需路谱的高程样本,对其影响汽车安全性、平稳性、舒适性的参数进行敏感性分析,并在此基础上对空气弹簧悬架系统参数进行优化设计.通过实车道路试验和仿真结果的对比,验证了仿真的可信度及可行性.     

基于多工况并行任务的摩托车悬架参数多目标优化

应用摩托车动力学软件BikeSim建立了人-车系统仿真模型,对加速/制动工况下的车身俯仰角和B级路面工况下等速行驶的整车平顺性分别进行了仿真;以加速/制动工况下的俯仰角最大值和等速B级路面工况下的车身垂向、俯仰振动加速度均方根值为优化目标,以悬架特性参数为设计变量,采用iSIGHT集成BikeSim和MATLAB建立两种工况的并行计算任务,对摩托车悬架系统进行了多目标优化,根据Pareto前沿提出了一种确定目标权重的方法,得到了最优解。优化前后结果对比表明：加速/制动俯仰角和平顺性均有改善。     

车辆半主动悬架系统平顺性联合仿真分析

在车辆行驶平顺性的研究中,为弥补传统数学建模方法不能完全反映实际整车行驶动态特性的缺点,以多体动力学仿真软件SIMPACK为平台,建立某微型轿车的整车多体动力学模型。利用MATLAB设计基于八板块原理的半主动悬架模糊控制器,并进行基于SIMAT的联合仿真。仿真结果表明:车速为60 km/h时,与被动悬架系统相比,采用模糊控制的半主动悬架系统的车身垂直加速度、车身俯仰角速度和车身侧倾角速度均方根值分别降低12.99%、10.19%和11.05%。多体动力学仿真可实现模型非线性化,较全面反映整车动态特性;基于模糊控制的半主动悬架系统可消减车身振动,有效改善整车的行驶平顺性。     

基于Fluent的矿用自卸车平顺性分析与优化

矿用自卸车工作路况复杂多变,严重影响了整车平顺性。悬架是影响汽车行驶平顺性的主要部件,首先运用动网格和VOF技术,在Fluent中模拟了油气悬架拉伸和压缩两种工作状态下的内部流场情况,进而计算得到其刚度和阻尼力学特性。同时,在Matlab/Simulink环境下建立了八自由度的整车动力学模型,将所求悬架力学特性应用到整车平顺性仿真中。通过仿真与试验对比得到座椅垂直加速度响应最大误差为9.72%,验证了所得油气悬架力学特性的合理性。最后,采用遗传算法对悬架参数进行优化,座椅垂直加权加速度均方根值下降了21.43%,有效提高了矿用自卸车的平顺性。     

轮胎气压对汽车振动噪声的影响

影响汽车振动噪声的因素有设计、材料、胎压、结构、路况等,研究轮胎充气压力变化对轮胎和整车振动噪声的影响。通过实验数据和理论分析得知,轮胎刚度与固有频率随轮胎充气压力的升高而增加;悬架与汽车振动特性随轮胎充气压力的变化而有较明显改变;轮胎气压对气泵噪声也有不同程度的影响;胎压对轮胎噪声水平影响不大,而且对实验用轮胎噪声水平影响不具有规律性;胎压升高使得轮胎减振性能下降,增加整车冲击振动感,降低汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。因此,合理的轮胎充气压力,不但可以降低和改善整车振动噪声;而且还可以提高汽车行驶平顺性与乘坐舒适性。     

轮胎气压对汽车振动噪声影响的研究

影响汽车振动噪声的因素有设计、材料、胎压、结构、路况等,论文研究了轮胎充气压力变化对轮胎和整车振动噪声的影响。通过实验数据和理论分析得知,轮胎刚度与固有频率随轮胎充气压力的升高而增加;悬架与汽车振动特性随轮胎充气压力的变化而有较明显改变;轮胎气压对气泵噪声也有不同程度的影响;胎压对轮胎噪声水平影响不大,而且对轮胎噪声水平影响不具有规律性;胎压升高使得轮胎减振性能下降,增加了整车冲击振动感,降低了汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。因此,合理的轮胎充气压力,不但可以降低和改善整车振动噪声;而且还可以提高汽车行驶平顺性与乘坐舒适性。     

基于辨识路面的矿用自卸车平顺性优化

矿用自卸车行驶路况恶劣,路面激励是平顺性研究中的重要因素。结合整车刚柔耦合模型,提出一种利用遗传算法优化的BP神经网络(GA-BP)辨识矿山路面不平度的方法,与标准BP网络相比预测能力得到极大提高,并通过整车道路试验验证了该方法辨识路面的准确性。通过与矿用自卸车常用C级、D级路面平顺性仿真结果对比显示,基于辨识路面的模型仿真精度提高了12.3%。在此基础上,以座椅垂直方向加速度均方根值为目标,将簧载质量和轮胎刚度阻尼作为不确定量,通过建立Kriging近似模型,运用多岛遗传算法对油气悬架和座椅结构参数进行不确定性优化,优化后目标值下降了37.4%,从而达到提高矿用自卸车平顺性能的目的。     

摩托车路面输入传递特性分析及试验

改善摩托车振动传递特性是提高摩托车振动舒适性的重要途径。基于所建立的路面输入下摩托车5自由度振动分析模型和拉格朗日方程,推导了车身和驾驶员垂直加速度对前后轮位移的频率响应特性。结合某125摩托车,编制Matlab程序对频率响应特性进行了数值计算,并借助道路模拟试验机对摩托车传递特性进行试验。结果表明,提出的摩托车传递特性分析和试验方法对提高摩托车振动舒适性具有重要的指导作用。     

基于车体刚体与弹性合成的重型汽车平顺性分析

为了研究重型汽车的平顺性问题,运用两端自由等截面弹性梁理论,建立了车体刚体与弹性合成的4自由度1/2重型汽车振动模型。应用频域分析方法推导了基于前轮的系统频率响应特性和响应量的频率响应特性,确定了响应量的功率谱密度和均方根值。基于车体的刚体与弹性合成模型和刚性模型,采用Matlab开发了相应的重型汽车平顺性仿真程序。通过与刚体模型的平顺性仿真结果对比表明：车体的弹性对重型汽车的平顺性影响很大,在重型汽车的平顺性研究中不能忽略。          

汽车平顺性的建模分析及研究

 通过分析汽车振动源和人体对振动的反应，利用模拟技术，建立了十三自由度人-椅-车系统的动力学模型，运用随机振动理论给出了振动形态、传递函数、车轮的动载荷、座椅加速度等参量，并利用已有的汽车数据，对汽车行驶时的振动特性进行了模拟，得到了如下结论：发动机与轮胎刚度、减振器阻尼对后排座椅处的振动影响不大；后排座椅的垂直刚度增加很大时，对垂直方向振动影响比较大；后桥刚度、阻尼对后排座椅处的振动影响较大，后轮胎刚度增加，则振动加强；后桥刚度对汽车平顺性有一定影响，后桥的刚度减小，则后排座椅处垂直加速度相应减小，使用该模型可对汽车行驶平顺性进行预测或评估。     

变速磁流变半主动悬架车辆与随机路面系统的模糊振动控制

建立半主动悬架车辆和随机路面系统模型,在采用磁流变减振器的基础上,应用模糊逻辑控制理论,进行车辆半主动悬架模糊控制器的设计,获得在模糊控制理论下可调阻尼力随时间变化的关系,应用simulink编制车路模型的仿真程序,研究在模糊控制算法下的匀变速行驶车辆路面系统平顺性问题。计算结果表明,与被动悬架的车辆相比,模糊控制的磁流变半主动悬架车辆可以改善行驶平顺性,同时还可减少车对路面的作用力,这对于车路系统是有利的,对于深入分析路面结构动力响应也具有重要的参考价值。     

Simulated experimental design used to define the characteristic curves of car shock‐absorbers

This paper introduces a special ‘quality’ parameter on automotive perspective, i.e. the quality index in order to measure the customer satisfaction with car manoeuvrability. In particular, it describes how the characteristic setting curves of a car shock‐absorber can be optimized using subjective customer assessment of three categories of perception: handling, steering quality and ride‐comfort. These, called manoeuvrability indices, were used to represent the assessment of customer satisfaction with car manoeuvrability. The characteristic curves for each shock‐absorber setting were defined using parameters which uniquely determined their shape. Subsequent analysis was carried out using simulated experimental design which adopts a numeric model of vehicle simulation thereby enabling experimental costs to be reduced. This analysis made it possible to ascertain which setting parameter values provided the best compromise among the three categories of required performance. A codified method of optimization was then developed. This method, which includes the three categories of perception, will be extended to all new projects. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

油气悬架在工程车辆中的应用及关键技术

车辆悬架系统关系到汽车的行驶平顺性和操纵稳定性.传统悬架无法在各种行驶条件下提供良好的减振性能.油气悬架系统是集弹性元件与阻尼元件于一体的悬架装置.根据工程车辆实际发展现状,结合国内外油气悬架系统先进技术及工程应用,论述了油气悬架研究的关键技术.认为油气悬架是发展现代工程车辆的关键结构,能够满足工程车辆平顺性和操纵稳定方面的要求.     

双筒式减振器异响试验分析

减振器在工作过程中产生的异响是其内部质量的外在体现,是影响车辆声学舒适性的一个重要因素.为了更好地分析减振器异响问题,模仿实车中的减振器安装方式,在电液伺服减振器道路模拟系统上对其进行台架试验,分别采用时域分析和频域分析的方法来研究减振器异响的产生机理.在减振器行程换向时,正常件的活塞杆加速度峰值小于异响件的活塞杆加速度峰值.正常减振器和异响减振器活塞杆加速度功率谱均方根值在500~1 000 Hz带宽内存在较大差异,并且这种差异随着试验频率的增大而愈加明显,正常减振器在此带宽内的活塞杆振动能量小于异响减振器的活塞杆振动能量.通过对双筒式减振器进行异响试验分析,可为工程应用中减振器异响的分析及评价研究提供参考.     

Performance improvement of an active vibration absorber subsystem for an aircraft model using a bees algorithm based on multi-objective intelligent optimization

This study develops a mathematical model to investigate the behaviour of adaptable shock absorber dynamics for the six-degree-of-freedom aircraft model in the taxiing phase. The purpose of this research is to design a proportional-integral-derivative technique for control of an active vibration absorber system using a hydraulic nonlinear actuator based on the bees algorithm. This optimization algorithm is inspired by the natural intelligent foraging behaviour of honey bees. The neighbourhood search strategy is used to find better solutions around the previous one. The parameters of the controller are adjusted by minimizing the aircraft’s acceleration and impact force as the multi-objective function. The major advantages of this algorithm over other optimization algorithms are its simplicity, flexibility and robustness. The results of the numerical simulation indicate that the active suspension increases the comfort of the ride for passengers and the fatigue life of the structure. This is achieved by decreasing the impact force, displacement and acceleration significantly.