多轴重型汽车刚弹耦合虚拟样机分析与匹配

【摘要】：随着中国经济的迅猛发展以及迅速增加的跨区域公路物流运输业务,人们对重型载货汽车的需求量越来越大,与此同时,当今的物流产业不仅要求将货物快捷安全的送达目的地,而且对重型载货汽车各方面动力学性能也提出了更高的要求,汽车生产厂商以及用户对此尤为关注,因此如何改善重型载货汽车的结构、提高其动力学性能已成为载货汽车制造厂商及科研单位所追求的目标。 本文结合国家"863"高技术研究发展计划项目《重型商用车集成开发先进技术》(项目编号：2006AA110105)子项《重型汽车底盘匹配与性能优化研究》进行研究。论文以国产某重型载货汽车为研究对象,利用多体动力学方法及虚拟样机技术,在ADAMS软件环境下建立了全浮式驾驶室悬置系统、变截面少片钢板弹簧前悬架系统、中、后桥四气囊空气悬架系统、前桥钳盘式、中、后桥凸轮鼓式制动器系统、动力总成系统、转向系统以及横向稳定杆等多体动力学子系统模型。同时利用有限元方法建立了车架及驾驶室有限元模型,通过将各子系统模型进行综合进-步建立了整车刚弹耦合虚拟样机模型。 依据国家标准《汽车平顺性随机输人行驶试验方法》(GB/T 4970-1996)、《汽车操纵稳定性试验方法》(GB/T 6323.3-94-GB/T 6323.6-94)以及《汽车制动系统结构、性能和试验方法》(GB 12676-1999)与ECE R13号法规中附录4《制动试验和制动系统性能》中的相关规定,在ADAMS软件环境下,对整车虚拟样机模型进行了仿真分析与研究,并通过相应的实车道路试验验证了模型的有效性。 通过改变车架弹性模量的方式在不改变车架模态阵型的基础上改变了车架低阶固有振动频率,从而改变了车架的弹性。研究了车架弹性不同对整车行驶平顺性以及操纵稳定性的影响。研究结果表明,适当的提高车架的刚度可以改善重型载货汽车行驶平顺性,提高不足转向特性,降低转角脉冲输入试验中谐振峰水平值,但是会增大车箱侧倾度。 分析了多轴汽车在制动过程中的受力情况,建立了多轴汽车制动时地面法向反作用力数学模型以及制动器制动力数学模型,推导出理想多轴制动器制动力分配空间I曲线的计算公式,并对多轴汽车在不同附着系数路面上的制动过程进行了分析。利用得出的结论得到了本文所研究重型载货汽车的空间I曲线计算公式。推导了当某一车轴抱死,其它两轴没有抱死时,在各种值路ψ面上制动时各轴地面制动力的关系面组,即f、m、r面组。 分析了三轴汽车在不同附着系数路面上制动时可能出现的情况,从而设计出本车实际前、中、后轴制动器制动力分配线(空间β线),并验证了空间β线的合理性。将所设计的空间β线通过ADAMS/Solver求解器中的函数输入到虚拟样机模型中,进行了满载及空载条件下高附着及低附着系数路面上的整车制动性能仿真分析,仿真结果符合ECE法规中规定的要求,并且附着系数得到了很好的利用,整车制动效能得到提高。 结合预测控制技术及模拟控制技术制定了在高附着系数路面、低附着系数路面以及对接(由低附着系数路面过度到高附着系数或相反)路面制动时的门限值控制逻辑,并利用Stateflow工具箱建立了相应的控制器模型,同时利用MATLAB/Simulink模块建立了参考车速估算模型以及气压驱动系统模型,进而建立了带有制动防抱死系统的三轴气动制动系统模型。 利用MATLAB/Simulink及ADAMS/Car模块建立了带有ABS的重型载货汽车整车模型,同时在高附着系数路面、低附着系数路面以及对开与对接路面上进行空、满载条件下整车制动性能联合仿真分析,结果表明,所设计ABS控制器模型取得了良好的制动控制效果,提高了整车制动效能,为重型载货汽车ABS的设计和开发提供了基础。