汽车行驶平顺性建模与仿真方法研究
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摘要
随着汽车行业的发展,每年都有大量新车型的出现,如何缩短开发周期,而且要能够保证新车性能,是当前亟待解决的问题。汽车行驶平顺性作为衡量驾驶员与乘客舒适性,在新车开发初期是一个重要问题。本文就此问题在前人研究的基础之上,做了进一步探讨,从另一种角度出发,需求一种能快速解决平顺性分析的方法,为新车开发缩短周期,降低新车开发成本。
本论文基于有限元法思想,对汽车行驶平顺性模型进行离散,划分单元,根据单元性质特征进行同类单元的划分,推导出同类单元刚度阵通式。对于一个平顺性模型的不同单元,将单元数据带入同类单元刚度阵通式,即能写出其单元刚度阵。将每个单元的刚度阵、阻尼阵进行分块组装完成整体分析。采取强迫位移约束处理方法建立汽车平顺性数学模型。提出总位移向量、总质量阵组装方法。通过手工组装汽车平顺性数学模型的系数矩阵,验证建模方法的有效性。研制单元分析、整体分析与约束处理的程序模块,用于自动生成总刚度阵和总阻尼阵。
以一种易于工程人员理解和应用的方式,阐述虚拟激励法在汽车平顺性分析中的应用理论与方法。与建模方法结合,给出虚拟激励法在汽车随机振动分析中的具体应用,比较虚拟激励法和傅里叶方法的不同特点。验证应用虚拟激励法进行汽车平顺性分析与傅里叶方法具有等价性,但优于傅里叶分析方法。
In recent years, with the development of the automotive industry, a large number of new cars’model having appeared in the market. How to reduce cycle time, and should be able to ensure the performance of the new car, it must been solved. Automobile Ride Comfort is key symbol what is used to judge driver and passenger comfort, In the early stage of development, it is the primary issue.
The basis of the previous theory of Automobile Ride Comfort analysis, the paper put forward a new method to create mathematical model. In this paper, based on the Finite Element Method what to discrete structural system of Vehicle Random Vibration, and divided into kind units, and derivation of the general matrix formula of the kind units’stiffness and damping. Finally, the total matrix of stiffness and damping. Taken approach of the constraints of forced displacement to establish the structure of the Mathematical Model of Automobile Ride Comfort analysis. In order to prove the method is correct, using of method of manual assembly to create total matrix of stiffness and damping. Writing software procedure modules of the units analysis, the global analysis and constraints processing.
Using a way of understood and applied easily by engineer to elaborate the Pseudo Excitation Method theory and method how to application in the Automobile Ride Comfort analysis. Given the specific application of Pseudo Excitation Method in random vibration analysis of automotive, by combined with the modeling method. By compared Pseudo Excitation Method with Fourier Method to illustrate them different characteristics. Verified the equivalence of Pseudo Excitation Method and Fourier Method, and Pseudo Excitation Method better than Fourier analysis method.
本论文基于有限元法思想,对汽车行驶平顺性模型进行离散,划分单元,根据单元性质特征进行同类单元的划分,推导出同类单元刚度阵通式。对于一个平顺性模型的不同单元,将单元数据带入同类单元刚度阵通式,即能写出其单元刚度阵。将每个单元的刚度阵、阻尼阵进行分块组装完成整体分析。采取强迫位移约束处理方法建立汽车平顺性数学模型。提出总位移向量、总质量阵组装方法。通过手工组装汽车平顺性数学模型的系数矩阵,验证建模方法的有效性。研制单元分析、整体分析与约束处理的程序模块,用于自动生成总刚度阵和总阻尼阵。
以一种易于工程人员理解和应用的方式,阐述虚拟激励法在汽车平顺性分析中的应用理论与方法。与建模方法结合,给出虚拟激励法在汽车随机振动分析中的具体应用,比较虚拟激励法和傅里叶方法的不同特点。验证应用虚拟激励法进行汽车平顺性分析与傅里叶方法具有等价性,但优于傅里叶分析方法。
In recent years, with the development of the automotive industry, a large number of new cars’model having appeared in the market. How to reduce cycle time, and should be able to ensure the performance of the new car, it must been solved. Automobile Ride Comfort is key symbol what is used to judge driver and passenger comfort, In the early stage of development, it is the primary issue.
The basis of the previous theory of Automobile Ride Comfort analysis, the paper put forward a new method to create mathematical model. In this paper, based on the Finite Element Method what to discrete structural system of Vehicle Random Vibration, and divided into kind units, and derivation of the general matrix formula of the kind units’stiffness and damping. Finally, the total matrix of stiffness and damping. Taken approach of the constraints of forced displacement to establish the structure of the Mathematical Model of Automobile Ride Comfort analysis. In order to prove the method is correct, using of method of manual assembly to create total matrix of stiffness and damping. Writing software procedure modules of the units analysis, the global analysis and constraints processing.
Using a way of understood and applied easily by engineer to elaborate the Pseudo Excitation Method theory and method how to application in the Automobile Ride Comfort analysis. Given the specific application of Pseudo Excitation Method in random vibration analysis of automotive, by combined with the modeling method. By compared Pseudo Excitation Method with Fourier Method to illustrate them different characteristics. Verified the equivalence of Pseudo Excitation Method and Fourier Method, and Pseudo Excitation Method better than Fourier analysis method.
引文
1平恩顺.基于虚拟样机技术的麦弗逊式前悬架整车平顺性仿真分析.河北工程大学硕士学位论文, 2011
2余志生.汽车理论.北京:机械工业出版社, 2000
3王辉.汽车平顺性的仿真分析及改进.江苏大学硕士学位论文, 2009
4杜朋.客车平顺性仿真与试验研究.河北工业硕士学位论文, 2008
5秦玉英.汽车行驶平顺性建模与仿真的新方法研究及应用.吉林大学博士学位论文, 2009
6王伟.带提升桥重型汽车空气悬架设计方法研究.江苏大学硕士学位论文, 2011
7胡红元.货物捆绑包装运输系统动力学仿真研究.武汉理工大学硕士学位论文, 2008
8尹志新,李端芳,唐萌等.基于MATLAB的时域路面不平度仿真研究.装备制造技术, 2010, (4): 43-44, 51
9李端芳.汽车悬架性能分析系统开发.广西大学硕士学位论文, 2010
10张栋.基于路面实测值建立沥青路面平整度数学模型.重庆交通大学硕士学位论文, 2011
11杨果岳.车辆随机荷载与柔性路面相互作用的研究.中南大学博士学位论文, 2007
12杨艳华.基于ACIS平台的新一代GPS应用系统研究.湖南大学硕士学位论文, 2007
13李小亮.虚拟激励法下汽车行驶平顺性振动仿真分析.武汉理工大学硕士学位论文, 2011
14王英华.时间域内轿车行驶平顺性的进一步研究.吉林大学硕士论文, 2003
15姚文杰,孟红,叶金华.多轴越野车辆的行驶平顺性.计算机辅助工程, 2006, 15(B09): 268-270
16刘婷,朱中华,姜武华.基于ADAMS的商务车平顺性仿真.客车技术, 2005, (3): 32-35
17隗寒冰,邓楚南,何文波.基于ADAMS软件的汽车平顺性仿真分析.机械设计与制造, 2006, (7): 75-76
18宋兴龙.基于ANSYS的高空作业平台的有限元分析.南京林业大学硕士学位论文, 2009
19殷武兵.类复向量原理在空间机构分析与综合中的应用研究.吉林农业大学硕士学位论文, 2003
20刘云,钱振东.路面平整度及车辆振动模型的研究综述.公路交通科技, 2008, 25(1): 25, 51-53, 55-57
21周密.基于虚拟激励法的汽车行驶平顺性仿真.吉林大学硕士学位论文, 2007
22林家浩.随机地震响应的确定性算法.地震工程与工程振动, 1985, 5(1): 89-94
23戴新进.复合材料结构随机振动的虚拟激励法及在航空航天领域的应用.大连理工大学硕士学位论文, 2007
24周密.基于虚拟激励法的汽车行驶平顺性仿真.吉林大学硕士学位论文, 2007
25李建军.利用特征函数推导卡方分布随机变量之和的概率密度函数以及近似表达式.中国科技信息, 2007, (6): 275
26匡能晖.不同类型的随机变量函数的分布.科技信息, 2009, (13): 7-8
27李春林.高耸结构风振响应分析研究.广州大学硕士学位论文, 2007
28庄表中,陈乃立.随机振动的理论及实例分析.北京:地震出版社, 1985
29夏怀亚.某轻型客车悬架计算及平顺性仿真分析软件的开发.南京理工大学硕士学位论文, 2006
30高庆丰.面对称旋转导弹刚体弹道模型.现代防御技术, 2006, 34(6): 48-51
31秦玉英,张凤,田国红等.汽车随机振动仿真.辽宁工业大学学报, 2010, 4(30): 239-242
32杜贵首.索杆张力结构的柔性分析.上海交通大学硕士学位论文, 2008
33张杰飞.汽车半主动悬架模糊控制仿真研究.长安大学硕士学位论文, 2008
34 A.G.Thompson, C.E.M.Pearce. RMS values for force, stroke and deflection in a quarter-car model active suspension with preview. Vehicle System Dynamics, 2003, 39(1): 57-75
35 A.G.Thompson, CE.M.Pearce. Performance index for a preview active suspension applied to a quarter-car model. Vehicle System Dynamics, 2001, 35(1): 55-66
36石锋,向华荣,赵永杰等.路面不平度信号在LabVIEW中的数值实现.武汉理工大学学报, 2008, 30(6): 916-919
37石锋.双通道汽车道路模拟试验台计算机测控系统的开发.武汉理工大学硕士学位论文, 2007
38明波,杨洁,贾进峰.基于三维路面谱仿真履带车辆振动系统的动态模拟.装备环境工程, 2011, 8(2): 85-88
2余志生.汽车理论.北京:机械工业出版社, 2000
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13李小亮.虚拟激励法下汽车行驶平顺性振动仿真分析.武汉理工大学硕士学位论文, 2011
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18宋兴龙.基于ANSYS的高空作业平台的有限元分析.南京林业大学硕士学位论文, 2009
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32杜贵首.索杆张力结构的柔性分析.上海交通大学硕士学位论文, 2008
33张杰飞.汽车半主动悬架模糊控制仿真研究.长安大学硕士学位论文, 2008
34 A.G.Thompson, C.E.M.Pearce. RMS values for force, stroke and deflection in a quarter-car model active suspension with preview. Vehicle System Dynamics, 2003, 39(1): 57-75
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37石锋.双通道汽车道路模拟试验台计算机测控系统的开发.武汉理工大学硕士学位论文, 2007
38明波,杨洁,贾进峰.基于三维路面谱仿真履带车辆振动系统的动态模拟.装备环境工程, 2011, 8(2): 85-88