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轻型客车悬架系统建模及可靠性试验方法优化

霍娜  
【摘要】:本文结合某汽车集团公司汽车性能及可靠性试验方法重点研究项目“轻型客车性能评价及可靠性试验方法优化”及“汽车整车试验场综合可靠性的试验标准制订”进行的。应用ADAMS软件建立了某轻型客车完整的悬架系统模型,对悬架特性参数进行了优化计算,利用Matlab/Simulink模块建立了横摆角速度神经网络阻尼控制模型。优化结果明显地改善了悬架系统性能,在附着系数较高的路面上,能够有效抑制汽车的过多转向特性、提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。采用模板化建模方法建立了轻型客车的模型,并对其性能仿真分析。对比分析试验场耐久路与用户路面试验车辆和对标车辆后轴的疲劳损伤,计算了试验场搓板路对车辆的损伤。利用MTS六通道耦合系统对试验车辆和对标车辆进行了振动模态扫频。基于疲劳累积损伤机理以及S-N曲线的Basquin方程,利用Goodman经验公式对非零平均应力数据进行了等效转换处理,建立了动力传动系相关数学模型。根据动力传动系可靠性数学模型,优化计算了雨流矩阵载荷谱相同条件下的试验场耐久路试验工况与试验方法,对试验场可靠性耐久路比例进行了科学匹配。 1)悬架运动学特性与控制策略 利用ADAMS软件建立了完整的悬架运动学仿真模型。并针对轮距和前轮侧向滑移量随车轮上下跳动变化量偏大的问题进行了优化计算,从实际应用角度出发考虑,有效地改善了悬架系统的性能。基于悬架阻尼系数的变化对车辆簧载质量加速度、悬架动挠度和车轮动载荷有重要影响这一机理建立了横摆角速度BP神经网络PID控制算法与车辆前后悬架阻尼控制模型,能够有效抑制汽车的过多转向特性、提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。 2)性能研究 应用模板化建立模型方法,将模型按总成分解成多个层次分明、拓扑关系清晰的子系统。模型建立后,以操纵稳定性和行驶平顺性为例,通过仿真结果与相应的实车试验数据进行对比,验证性能仿真分析结果的正确性,说明本文所建仿真模型是可信的,可以用于轻型客车的性能评价与可靠性试验方法优化研究。 3)后轴疲劳特性与模态响应分析 分析对比试验场强化路、搓板路、综合性能路、沙土路、高速公路、城市路面以及一般公路试验车辆和对标车辆后轴的疲劳损伤。后轴的疲劳损伤主要集中在试验场搓板路,车辆经过搓板路时路面产生的激励频率与试验车辆后轴开裂部位应变的工作幅值频率相近,造成了后轴的高应力。利用MTS六通道耦合系统对试验车辆和对标车辆进行振动模态扫频,通过振动扫频进一步分析了试验车辆和对标车辆后轴振动频率的差异原因,以及和车身振动频率的关系,为试验车辆后轴质量改进提供了可靠数据支持。 4)动力传动系可靠性试验方法 在疲劳累积损伤机理与S-N曲线Basquin方程基础上,应用Goodman疲劳经验公式对非零平均应力进行了等效转换处理,针对用户使用的典型路面和试验场耐久路的试验数据,应用雨流计数法获得载荷分布矩阵。应用应变寿命曲线曼森一科芬(Manson-Coffin)方程对应变——疲劳寿命曲线进行了绘制。依据疲劳损伤相等原理,应用等载荷谱方法建立了动力传动系用户典型路面和试验场耐久路的相关数学模型。应用最小二乘法估计了多元线性回归模型中的比例系数。 5)试验数据处理与方法优化 在采集到正确的试验载荷时间信号基础上,剔除了试验数据信号的奇异点、对趋势项进行了消除的预处理。依据试验场耐久路与用户典型路面的道路载荷谱相等原理,以及动力传动系相关的数学模型,利用雨流计数法处理了试验数据,优化并计算出了试验场耐久路数据和用户典型路面数据雨流矩阵载荷谱相同条件下的试验场耐久路试验工况及试验方法,针对目前可靠性试验技术方法存在的问题,对试验场耐久路面比例进行科学匹配,避免了以往试验的盲目性,为新车产品定型可靠性试验提供一种有效试验方法。


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