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汽车座椅减振特性的频响特性分析

作　者: 胡广军
导　师: 林逸
学　校: 吉林大学
专　业: 车辆工程
关键词: 虚拟样机多体系统动力学 ADAMS 座椅幅频特性
分类号: U463
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

一、引言随着汽车技术的飞速发展，人们对汽车的乘坐舒适性要求也越来越高。日益完备的汽车设计与性能分析研究技术应运而生，其中虚拟样机技术就是当前设计制造领域的一门新技术，它涉及多体系统动力学、计算方法与软件工程等学科。虚拟样机技术利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。使用机械系统仿真软件可以在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，可以在计算机上方便的修改设计缺陷，进行不同的设计方案仿真实验，对整个系统不断改进，直至获得最优设计方案以后，再做出物理样机。同传统的设计方法相比虚拟样机的设计方法具有以下优点：在设计早期确定关键的设计参数、更新产品开发过程、缩短开发周期，降低成本、提高产品质量。汽车振动系统主要有轮胎、汽车悬架和座椅3个减振环节。研究表明：①轮胎气压降低，减少轮胎垂直刚度，有利于提高汽车的平顺性；但轮胎气压的降低会增加轮胎变形，影响了其使用寿命。②对汽车悬架来说，适当降低悬架刚度，增加阻尼，有利于提高汽车平顺性；但是悬架刚度、阻尼的改变会影响操纵稳定性和制动稳定性，而这些性能对悬架参数的要求是互相矛盾的，改动余地很小。③座椅动态参数的改变对汽车的其它使用性能没有影响，而且制造方便易行，周期短，见效快。因此，研究和改善座椅的动态性能，对提高汽车乘坐舒适性有重要意义。多体系统动力学分析软件ADAMS是目前世界上应用最广泛、最具权威的机械系统动力学仿真分析软件。而数字化模型的定义是利用CAD/CAM/CAE一体化技术进行百分之百的产品数字化定义。利用ADAMS软件可以建立系统的运动学和动力学分析模型。传统的建模技术是需要首先获得实际车辆的许多参数，如各总成零部件的质量、质心、转动惯量等质量信息，以及其它的一些参数。这些参数的获得无论是通过试验还是数学计算的方法，都要耗费大量的人力、物力。而利用数字化模型，可以很方便地提供多体系统动力学建模所需的参数。本文利用CAD/CAM软件UG 建立了座椅的三维数字化模型，通过接口文件Parasolid和其它一些手段，实现了三维数字化模型与多体系统动力学模型间的数据传递，使多体系统动力学技术能<WP=70>够应用于数字化模型的研究。本文的研究工作主要是围绕“载货汽车机械可调式座椅动态舒适性研究”课题展开的。二、论文研究的主要内容第一章，在阅读大量文献的基础上，了解了国内外对汽车座椅舒适性的研究现状，概述了汽车座椅的舒适性及应用于汽车座椅舒适性的评价标准和方法，介绍了汽车座椅舒适性设计主要包括静态舒适性、动态舒适性以及操作舒适性三方面内容，并分析了各自的影响因素；第二章，介绍了研究汽车座椅动态舒适性所要使用的基本理论及相关技术，概述了虚拟样机技术的概念，虚拟样机技术的起源和发展，以及目前对虚拟样机技术的应用，考察了国内外多体系统动力学的研究现状，概述了多刚体系统动力学和多柔体系统动力学的研究方法以及数字化模型的基本概念，并介绍了应用于汽车动力学分析的多体系统动力学软件 ADAMS的基础理论和方法；第三章，在进一步理解数字化分析模型内涵的前提下，介绍了建立数字化模型所需进行的准备工作，对建立数字化模型所需面对的模型准备工作进行了类别的划分；根据经验和实际需要，探讨了获取参数的不同途径，简要介绍了各类参数获取的实验方法；对多体系统动力学模型和CAD/CAM模型间的数据交换进行了探讨，以满足建立精细模型的需要，体现了数字化模型技术的优势；介绍了座椅幅频特性试验；第四章，建立了机械可调式汽车座椅的动力学仿真分析模型，通过仿真分析得到了该座椅在不同量程下幅频特性曲线，并与实验结果对比，讨论了座椅实验结果与动力学模型仿真分析结果之间产生误差的原因；通过参数调节的方法，探讨了该座椅的动力学参数，座垫的刚度及阻尼系数、座椅骨架的质量、悬置系统弹簧刚度及减振器阻尼系数，对座椅的幅频特性的影响关系，提出了较为合理的参数匹配。从以上建模、分析的过程可以看出，利用数字化分析模型进行工程设计，可以方便地进行多方案比较分析，节省实验费用，缩短设计周期；第五章，总结本文的内容，并针对以后的研究工作提出了几点建议。 <WP=71>三、本文的研究意义本文研究的意义在于：第一、消化吸收了多体系统动力学的有关理论和研究方法，初步掌握了多体系统动力学分析软件ADAMS，熟悉了多体系统动力学建模的一般过程，为后来的研究人员总结了一些有益的经验，为日后的研究工作奠定了好的基础；第二、建立了机械可调式座椅的动力学分析模型，探讨了座椅弹簧刚度对座椅刚度的影响关系；第三、在研究机械可调式座椅幅频特性的基础上，讨论了各种力学参数对座椅的幅频特性的影响关系，得到了座椅的不同参数之间的匹配关系，对于指导座椅的现实生产有着实际的意义；第四、在消化吸收前人工作的基础上，提出了多体系统动力学技术与数字化模型协同工作的概念，为汽车座椅新产品的设计和老产品的改进提供了新的思路。应用这一技术，可以有效地缩短产品的开发周期，大

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第一章绪论  5-13
  1.1 汽车座椅的舒适性  5-9
    1.1.1 座椅的静态舒适性  6-8
    1.1.2 汽车座椅的动态舒适性  8
    1.1.3 座椅的操作舒适性  8-9
  1.2 汽车座椅的动态舒适性的评价方法  9-11
  1.3 本文的研究目的及意义  11-13
    1.3.1 本文的目的  11
    1.3.2 本文的意义  11-13
第二章多体系统动力学及虚拟样机技术  13-27
  2.1 多体系统动力学简介  13-16
    2.1.1 多刚体系统动力学的发展及研究方法  13-14
    2.1.2 柔性多体系统动力学的研究方法  14-16
  2.2 虚拟样机技术简介  16-20
    2.2.1 虚拟模型技术的起源及发展  17-19
    2.2.2 虚拟模型技术的应用  19-20
  2.3 多体系统动力学分析软件ADAMS  20-27
    2.3.1 ADAMS软件简介  20-21
    2.3.2 ADAMS软件的分析、计算方法  21-27
第三章建立座椅仿真分析模型的准备  27-37
  3.1 建立数字化分析模型概述  27
  3.2 建立座椅仿真分析模型所需要的参数  27-33
    3.2.1 尺寸参数  27-28
    3.2.2 质量特性参数  28-29
    3.2.3 力学特性参数  29-33
    3.2.4 外界参数  33
  3.3 其他相关试验  33-35
    3.3.1 座椅悬置系统的静刚度试验  33-34
    3.3.2 座椅的频响特性试验  34-35
  3.4 数字模型间的数据传递  35-37
第四章机械可调式座椅的动力学特性分析  37-63
  4.1 机械可调式座椅动力学模型的参数  37-40
    4.1.1 座垫的刚度和阻尼的确定  37-38
    4.1.2 减振器的阻尼系数  38-39
    4.1.3 弹簧的刚度及预紧力  39-40
  4.2 机械可调式座椅的动力学仿真模型  40-42
  4.3 机械可调式座椅的仿真分析  42-63
    4.3.1 座椅悬置系统静刚度分析  42-47
    4.3.2 座椅的频率响应特性  47-52
    4.3.3 弹簧刚度和阻尼变化对频响特性的影响  52-61
    4.3.4 一般性结论  61
    4.3.5 参数选择  61-63
第五章全文总结  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
摘要  69-72
  一、引言  69-70
  二、论文研究的主要内容  70-71
  三、本文的研究意义  71-72
ABSTRACT  72-75
  Preface  72-73
  Main Contents  73-74
  Significance  74-75

汽车座椅减振特性的频响特性分析

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