英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
论重型卡车乘坐舒适性的提高
摘要
乘坐舒适性被简单地定义为车辆由于路面的粗糙而引起的振动表现，大致上就是以一个确切的速度在路面上等速行驶的情况。由于运输路途和驾驶时间长，乘坐舒适性对于重型卡车来说是一个重要的因素。为了提高一辆卡车的乘坐舒适性，利用MSC.ADAMS软件建立了包括柔性车架、底盘悬架、驾驶室悬架、动力总成等的详细模型。仿真和试验数据吻合良好，证明了模型的正确性。为了提高汽车的乘坐舒适性，对底盘和驾驶室悬架进行了优化，包括钢板弹簧的刚度、减振器的阻尼等。在试验场进行了平顺性试验，验证了优化结果的有效性。测试结果表明，经过调整后的平顺性得到了改善。
介绍
汽车平顺性是指汽车在以一般速度行驶的过程中，避免因冲击或撞击而引起的不适、疲劳、健康伤害甚至货物损坏的性能。考虑到使用条件的多样性和自身的结构配置，卡车的振动激励远远大于普通轿车，在恶劣的路况下或在受到冲击载荷时，驾驶室内的振动感觉强烈，会使乘客的主观感受变差。同时，长时间在振动较大的环境下工作会使人感到疲劳，严重影响行车安全和货物的完整性。为此，本文在汽车平顺性仿真建模分析的基础上，对驾驶室悬架和底盘悬架进行了匹配优化设计，以降低驾驶过程中的振动，提高汽车平顺性。
型号说明
汽车行驶平顺性的复杂工况，使得汽车行驶过程中的外部载荷是多种多样的，它们很可能相互产生耦合效应。传统的设计方法很难同时分析和求解车辆的多个系统。因此，本文利用ADAMS对汽车平顺性进行了仿真分析。
为了建立车辆的多体动力学模型，首先要得到车辆的外形和结构参数。本文研究的载货汽车结构及参数见表1。
对于重型载货汽车，机械参数对乘坐舒适性有着决定性的影响，主要是各系统的刚度和阻尼。例如钢板弹簧的刚度、减震器的阻尼、驾驶室支座和动力总成支座的刚度等。
因此，为了提高车辆建模与仿真的精度，必须精确获得相关系统的参数。
表1 货车结构参数
|
尺寸参数 |
车辆尺寸 (Length*width*height) (mm) |
9000 times; 2550 times; 2750 |
|
轴距（mm） |
5000 |
|
|
车轮踏面（前/后）（mm） |
1815/1860 |
|
|
集装箱尺寸（长times;宽times;高）（mm） |
6750times;2400times;600 |
|
|
前轮中心距车架（mm） |
415 |
|
|
后轮中心距车架（mm） |
455 |
|
|
质量参数 |
整备质量（kg） |
5750 |
|
有效载荷质量（kg） |
10250 |
|
|
满载时的轴向载荷（前/后） |
5600/10400（kg） |
|
|
GVW（kg） |
16000 |
表2 卡车机械参数
|
前悬架 |
刚度（n/mm） |
302 |
|
|
自由曲面（mm） |
108 |
||
|
静态叶片下的曲面（mm） |
26 |
||
|
钢板弹簧数量 |
8 |
||
|
后悬架 |
刚度（n/mm） |
主弹簧 |
305.2 |
|
辅助弹簧 |
414.6 |
||
|
自由外倾角（mm） |
主弹簧 |
155 |
|
|
辅助弹簧 |
77 |
||
|
静态钢板下的外倾角（mm） |
主弹簧 |
54 |
|
|
辅助弹簧 |
40.5 |
||
|
钢板弹簧数量 |
主弹簧 |
10 |
|
|
辅助弹簧 |
8 |
||
|
汽车前支座 |
弹簧刚度（n/mm） |
60 |
|
|
汽车后支座 |
弹簧刚度（n/mm） |
56 |
|
|
动力总成支座刚度 |
前支座（n/mm） |
x:71；y:71；z:710 |
|
|
后支座（n/mm） |
x:1000；y:750；z:750 |
||
悬架
对悬架结构进行了如图1所示的简化后，前桥和悬架的模型主要由包括前桥、钢板弹簧和减震器组成。后桥和悬架模型由后桥、主板簧和副簧组成。钢板弹簧由离散梁结构建模，该结构与图2所示的前悬架相同。
图1 前桥和悬架模型
图二 后桥和悬架模型
车架
车架造型应充分考虑其灵活性，因为车架在行驶过程中的变形对车辆的乘坐舒适性影响较大[2],[3]。采用模态综合法建立框架的模态中性文件，是基于有限元法分析复杂结构振动问题的有效方法。模态综合法可以大大降低模型的自由度，并已成功地应用于车辆振动的研究。框架的柔性体模型如图3所示。
驾驶室和动力系统
驾驶室支架是一个四点浮动系统，如图4所示。在动力系统建模过程中，我们需要忽略动力总成的实际结构，整个动力系统将发动机、变速箱和离合器这三个部件进行了简化，并视为一个刚体。
图3 柔性车架模型
图4 驾驶室模型
随机道路
路面不平度作为车辆行驶过程中的激励源，对车辆的平顺性有很大的影响。为了提高模型的精度，本文采用的路面为A级路面，与实际试验相同。根据GBT7031-2005，路面不平度的功率谱密度为[3]：
式中，
n为空间频率
为参考频率
为路面粗糙度的功率谱密度
W为频率指数，通常取W=2
利用MATLAB生成随机路面谱，得到路面粗糙度曲线如图6所示，水平纵坐标沿着道路的长度（m）。纵向坐标为路面粗糙度（m）。
图5 动力总成模型
图6 路面不平度曲线
模型集成
各子系统建立后，用ADAMS对整车进行装配，如图7所示。各部件按车架、前悬架系统、后悬架系统、驾驶室悬架、驾驶室、车轮、路面和集装箱连接，车架为有限元软件生成的柔体中性文件。
行驶指数
根据GB/T4970-2009规定，卡车的移动方向为x轴，地面向上的垂直方向为z轴。以等式中的座椅的加权均方根加速度作为评价指标，对汽车振动进行评价
其中、、、、、分别为各测点的频率加权加速度。
模型验证
在模拟中，行车条件设定为满载，车速分别为55km/h、60km/h、65km/h、70km/h。是从模拟结果中获得的，并与图8所示的测试进行了相应的比较。
下面用拉普拉斯变换计算了驾驶室悬架和底盘悬架系统的传递函数。
其中，
Y（s）是输出量的拉普拉斯变换，U（s）是输入量的拉普拉斯变换。
只要仿真和试验误差在一定范围内，仿真就可以反映各车辆系统的振动特性。
底盘悬架的主要峰值频率分量与驾驶室悬架传递函数基本相同，从图9、10、11、12可以很好地反映实际系统的振动传递特性。
图7 整车模型
图8 的仿真与测试结果比较
图9 前悬架仿真与试验传递函数比较
图10 后悬架仿真与试验传递函数比较
图11 驾驶室前支座仿真与试验传递函数比较
图12 驾驶室后支座仿真与试验传递函数比较
优化和验证
考虑到整车的承载能力和可靠性，后悬架的刚度不参与优化分析[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。底盘前悬架刚度和减振器、驾驶室悬架刚度和阻尼的最佳设计范围见表3。
选择总加权加速度的均方根作为目标函数。采用ADAMS进行迭代计算，优化参数见表4。在仿真中采用了最优参数，并通过平顺性试验验证了仿真的有效性。在行驶速度为60km/h的情况下测量总加权加速度。将基线结果和最佳结果进行比较，如图13所示。
表3 优化变量的取值范围
|
优化变量 |
基准值 |
最大值 |
最小值 |
|
前悬架刚度（n/mm） |
280 |
320 |
250 |
|
驾驶室前悬架刚度（n/mm） |
40 |
13 |
100 |
|
驾驶室后悬架刚度（n/mm） |
34 |
13 |
100 |
|
驾驶室前悬架阻尼比例系数 |
1 |
0.5 |
2 |
|
驾驶室后悬架阻尼比例系数 |
1 |
0.5 |
2 |
|
底盘悬架阻尼比例系数 |
1 |
0.5 |
2 |
表3 优化前后的变量和目标函数
|
优化变量 |
基础值 |
变化后 |
|
底盘前悬架刚度 |
280 |
250 |
|
驾驶室前悬架刚度（n/mm） |
40 |
34 |
|
驾驶室后悬架刚度（n/mm） |
34 |
26 |
|
驾驶室前悬架阻尼比例因子 |
1 |
1.1 |
|
驾驶室后悬架阻尼比例因子 |
1 |
1.3<!-- 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[235863]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
