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依维柯汽车多体动力学仿真分析、优化研究及工程实现

苏小平  
【摘要】:本文以依维柯汽车为研究对象,运用多体系统动力学理论和方法,进行了面向整车性能分析的动力学仿真和基于动力学仿真的悬架优化设计研究。 建立了依维柯整车系统多刚体动力学仿真模型。为了提高仿真模型的计算精度,在整车系统多刚体动力学模型的基础上,采用模态集成方法和离散化方法分别建立汽车横向稳定杆和板簧的柔性体,从而建立了由橡胶衬套、柔性体和刚体组成的整车系统刚柔耦合动力学仿真模型。采用了图纸查阅、理论推算、实验测试与CAD建模相结合的方法获取了整车动力学仿真模型的基本参数。经该车动力学模型仿真计算结果与实车试验结果对比验证,该模型可以较准确地预测该车在行驶过程中的动力学性能。 以某型号依维柯汽车为仿真对象,研究了该车悬架系统运动学特性和前车轮外倾角、车轮前束角、车轮转向角、前悬架垂直刚度随车轮中心跳动时的变化规律以及在汽车侧倾运动时后车轮外倾角与车身侧倾角之间的变化规律,此外,还对该车的操纵稳定性、行驶平顺性、紧急制动性能进行了仿真计算并分析与探讨了对这些性能影响因素的变化规律,为该车的改进设计或同类型汽车的设计提供了参考。 结合该车换型时在行驶平顺性上出现的问题,对该车悬架系统进行了优化设计,提出了一种悬架系统特性参数动态优化数学模型和一套基于仿真的悬架系统优化设计方法,并运用该数学模型和优化方法,在考虑了75种汽车行驶工况的情况下,对悬架系统进行了优化设计,由于动态优化数学模型考虑了悬架系统的减振特性与整车其它相关性能的匹配,因此,该车悬架系统获得的优化结果能够较好的改善汽车行驶平顺性并兼顾到汽车操纵稳定性。 在工程上,采用本文给出的悬架特性参数优化方案后,经定型道路试验的结果表明:行驶平顺性指标比优化前改善较大,尤其是该车在各种车速行驶下的座椅处振动加速度均方根值指标,平均降低了18%左右,此外,该车优化后的悬架特性参数对操纵稳定性没有产生不利的影响。相反,在稳态回转性能、转向回正性能方面还略有改善,基本上是最优适中地满足了汽车在这两方面性能的要求,本文给出的基于整车动力学仿真的悬架特性参数优化设计方法与优化结果具有重要的工程实用价值。 在本文研究的基础上,对仿真模型与优化方法的可重用问题进行了研究,为汽车悬架系统设计质量和效率的提高,成功地开发了一套基于ADAMS的优化设计专用软件ADAMS/IVECO,以适用于依维柯系列车型或具有相同悬架结构的其它车型的优化设计,本文创建了一个新的设计平台。


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