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汽车悬架的非线性动力学的数值分析

侯彦羽  
【摘要】:悬架是汽车上的重要总成之一,它对汽车的平顺性、操稳性等多种使用性能都有很大的影响,因此设计优良的悬架系统,对提高汽车产品质量有极其重要的意义。汽车动力学分为乘坐动力学和操纵动力学,乘坐动力学是将路面、轮胎、非悬挂质量、悬架、悬挂质量作为一个整体进行研究。本文就基于悬架系统的乘坐动力学,以汽车悬架系统的简化模型为研究对象,主要研究汽车垂向运动、侧倾运动及俯仰运动。 1.对汽车悬架的组成部分:弹性机构、减振器和导向机构做了详细介绍,给出了悬架性能设计的要求以及悬架设计目标参数的选择;分析了轮胎的动态特性,并给出了相应的数学模型;介绍了非线性动力学的一些研究方法,给出了分岔和混沌的定义及特点,简述了数值解法和解析法;给出了变刚度弹簧的力-位移特性的数学表达式,选择半圆形凸起、弓型路面、波形路面为研究对象,建立了单轮辙离散激励的路面时域数学模型。 2.对汽车悬架系统做了详细分析,并做了进一步的简化,建立了悬架系统的1/4模型,对其进行了无量纲化处理,并应用变步长的Runge-Kutta法和Poincaré映射法对系统做了数值仿真研究,发现了周期运动、拟周期运动、倍周期分岔、Hopf分岔、阵发性分岔等复杂的动力学行为。 3.以四个自由度的半车物理模型为研究对象,建立了汽车非线性乘坐动力学模型,并应用数值积分方法和Poincaré映射方法对系统进行了数值仿真研究,发现了周期运动、拟周期运动Hopf分岔和混沌等复杂动力学行为,在很大的一个参数空间内可能存在混沌运动。 通过对本文系统模型的数值仿真研究,发现在具有非线性特性的悬架系统中,参数在一个很大的范围内,系统的运动状态发生着质的变化,混沌运动不利于车辆的运行特性,其垂向振动、俯仰运动和侧倾运动都变成一种紊乱状态。根据本文的研究结果,选择适当的系统参数组合,可避免系统在运行过程中出现混沌现象,改善系统的运行品质。


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