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基于实车行驶工况的汽车振动模型建立及验证关键技术研究

王耀伟  
【摘要】:随着计算机软硬件技术的快速发展,CAE技术在汽车性能开发中得到越来越多的应用,在汽车舒适性开发中,如何建立与汽车行驶工况一致、高效准确的汽车振动模型一直是一大难题。目前,汽车舒适性仿真分析主要集中在基于理论模型仿真和基于多体动力学模型仿真,大多采用通用的前后悬架模型建立整车模型,采用正弦、阶跃或标准随机路谱输入进行振动舒适性仿真分析和验证,无论是模型中悬架阻尼刚度等参数还是路面输入都与汽车实际情况有较大差距,因此难以保证仿真结果的准确性。基于此,本文基于汽车实际行驶工况,重点研究汽车振动舒适性模型建模技术、模型参数提取技术、路面谱生成技术和验证技术等关键技术,对提高汽车舒适性仿真分析准确性具有较强的理论意义和工程实用价值。首先,本文结合企业需求,以某升级改款车型为研究对象,在分析拉格朗日分析力学和多体动力学理论的基础上,将复杂整车系统进行简化等效,建立了八自由度汽车振动数学模型。同时根据目标车型实车结构特征和结构参数,采用ADAMS/View建立了前麦弗逊悬架模型、后扭力梁刚柔耦合模型、轮胎模型和路面模型,并添加了接近实际的约束和边界条件,建立了汽车振动舒适性虚拟样机模型。然后,组建高性能同步数据采集系统,根据企业试验规范,在相关位置布置加速度传感器、位移传感器和六分力传感器。基于实车行驶工况,在某汽车试验场对关键载荷进行了采集和提取,为路面生成和仿真验证提供基础数据。同时,在室内利用MTS电液伺服系统构建了悬架弹簧和减振器刚度测试系统,对弹簧和减振器刚度等关键参数进行了测试和标定,从而提高悬架模型的精度。其次,建立了汽车双质量振动系统理论模型,研究了应用汽车二自由度振动微分方程求解实际行驶路面不平度的方法,结合实车行驶工况采集的悬上和悬下加速度对路面不平度进行了求解和验证。依据GB和ISO标准路面不平度谱密度的表示方法,推导出了实车行驶工况条件下的非标准路面谱密度数学表达方程,用以定量表达ADAMS/Sayers路面模型、GB和ISO三者之间的关系,解决了实际任意路面在多体动力学仿真中的应用问题。最后,结合汽车振动多体动力学模型,以求解的实车行驶工况条件下的非标准路面谱为输入进行了系统动力学仿真分析,选取实车行驶工况下的驾驶员座椅滑轨位置和四轮簧上质量点加速度对仿真进行了验证。结果表明,各点加速度均方根值及峰谷值误差较小,频谱分析曲线幅值和趋势均吻合较好,仿真结果准确可信。


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