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基于道路模拟的摩托车平顺性研究

作　者: 邹喜红
导　师: 柯坚；石晓辉
学　校: 西南交通大学
专　业: 驱动技术与智能系统
关键词: 摩托车平顺性道路模拟仿真验证评价方法
分类号: U483
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摩托车平顺性是摩托车的重要性能之一。目前,国内摩托车在NVH性能方面与国外差距很大。在摩托车平顺性仿真方面主要采用正弦、阶跃和B级路面等标准信号作为激励,这与实际情况相差较大。道路模拟能在室内再现摩托车实际道路行驶时的振动情况,具有重复性好,安全性高等特点。因此,结合CAD/CAE技术和道路模拟试验技术,对摩托车平顺性进行研究具有重要的理论意义和工程应用价值。论文在查阅国内外相关研究文献并详细分析摩托车道路模拟试验技术、摩托车虚拟样机技术和摩托车平顺性评价方法等方面的研究热点及存在的问题基础上,优化了摩托车道路模拟试验方法,提出了基于道路模拟的摩托车平顺性仿真分析方法和基于速度与频率加权的摩托车平顺性客观评价方法,为摩托车开发提供了重要的手段。首先,在分析远程参数控制(RPC)原理、道路模拟试验方法及关键技术基础上,建立了两通道轮胎耦合式摩托车道路模拟试验平台,对摩托车道路模拟试验进行了优化。采用优化的试验方案,模拟迭代精度和稳定性明显提高,在室内精确再现了道路载荷谱；通过合理布置加速度和应变信号测点,对多款车型在海南试验场、典型水泥路和碎石路上进行了多工况道路载荷谱采集,建立了国内典型路面摩托车道路载荷谱数据库；采用统计分析、滤波等方法对道路载荷谱进行分析和处理,选取前后轴加速度为期望响应信号,进行了大量模拟迭代和模拟试验,获取了代表摩托车实际行驶振动情况的道路模拟激励谱。其次,以某125摩托车为例,结合虚拟样机技术和道路模拟试验技术,建立了摩托车5自由度振动分析模型和摩托车刚柔耦合平顺性仿真平台。一方面,建立了摩托车5自由度线性理论分析模型,运用拉格朗日方法推导了系统运动微分方程和空间状态方程,为摩托车振动分析提供了重要的理论基础。另一方面,建立了摩托车车架有限元模型,应用兰索士法进行模态分析,提取了车架空间柔性体模型,并进行了试验模态频率相关分析和模态置信准则验证；在考虑车架、减振器和轮胎等零部件非线性特性基础上,开发了摩托车人-车刚柔耦合平顺性仿真模型；通过在前后轮添加测试平台,建立了能真实反映摩托车实际行驶振动情况的人-车-路平顺性仿真平台。在此基础上,基于凸块路面和实际道路谱输入对摩托车平顺性进行了仿真分析,建立了摩托车平顺性仿真验证评估方法,并提出了摩托车平顺性改进意见。借助建立的摩托车5自由度振动分析模型和摩托车刚柔耦合平顺性仿真平台,以凸块路面和实际道路谱为输入,分别进行了仿真分析；应用摩托车道路模拟试验机,在相同输入下进行了试验,以功率谱密度曲线、时域绝对值最大值和信号平均功率对仿真结果进行了定性和定量综合评估,仿真结果和试验结果具有很好的一致性：根据试验结果和仿真结果,对摩托车振动特性进行了分析,并提出了改进意见。最后,在分析现有摩托车平顺性评价方法及车速与加速度响应关系基础上,提出了基于速度和频率加权的摩托车平顺性评价方法,解决了不同车速评价结果不同的矛盾。通过大量试验数据,发现摩托车在碎石路和水泥路上行驶时车速服从一定参数的贝塔分布,采用直接优化参数估计法进行了参数估计,得到了车速加权系数；结合ISO2631和ISO5349中的频率加权系数,采用MATLAB编制程序,计算速度和频率加权加速度均方根值,对摩托车平顺性进行了综合评价。结果表明,速度和频率加权加速度均方根值是各种车速下频率加权加速度均方根值的综合反映。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第1章绪论  12-24
  1.1 论文研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-20
  1.3 研究方法与技术路线  20-22
  1.4 主要研究内容  22-23
  1.5 小结  23-24
第2章系统动力学理论基础  24-34
  2.1 多刚体系统动力学  24-25
  2.2 多柔体系统动力学  25-26
  2.3 刚柔耦合系统动力学  26-33
    2.3.1 机械系统刚柔耦合动力学模型  26-32
    2.3.2 机械系统刚柔耦合动力学方程的数值解法  32-33
  2.4 小结  33-34
第3章摩托车道路模拟试验技术研究  34-55
  3.1 RPC的基本原理  34-35
  3.2 摩托车道路模拟试验方法及关键技术  35-37
    3.2.1 试验方法  35-36
    3.2.2 关键技术  36-37
  3.3 摩托车道路模拟试验  37-53
    3.3.1 道路载荷谱采集  38-41
    3.3.2 模拟迭代及优化  41-52
    3.3.3 模拟试验  52-53
  3.4 小结  53-55
第4章摩托车平顺性仿真模型  55-80
  4.1 摩托车五自由度振动模型  55-60
    4.1.1 模型建立  55-56
    4.1.2 系统运动微分方程  56-59
    4.1.3 系统空间状态方程  59-60
  4.2 摩托车人-车-路刚柔耦合平顺性仿真平台  60-79
    4.2.1 摩托车人-车-路系统拓扑结构  61-62
    4.2.2 摩托车人-车三维实体模型  62-65
    4.2.3 摩托车人-车刚柔耦合虚拟样机  65-77
      4.2.3.1 摩托车车架柔性体模型的建立  65-73
      4.2.3.2 摩托车人-车刚柔耦合虚拟样机的建立  73-77
    4.2.4 基于道路模拟的摩托车平顺性仿真平台  77-79
  4.3 小结  79-80
第5章摩托车平顺性仿真分析  80-95
  5.1 摩托车传递特性分析  80-81
  5.2 基于脉冲路面输入的平顺性仿真  81-84
    5.2.1 脉冲路面的模拟  81-82
    5.2.2 五自由度振动模型仿真  82-83
    5.2.3 刚柔耦合平顺性模型仿真  83-84
  5.3 基于实际道路谱的平顺性仿真  84-85
    5.3.1 五自由度振动模型仿真  84-85
    5.3.2 刚柔耦合平顺性模型仿真  85
  5.4 试验验证  85-92
    5.4.1 传递特性试验  86
    5.4.2 脉冲路面输入试验  86-88
    5.4.3 实际道路谱输入试验  88-92
  5.5 摩托车振动特性分析  92-93
  5.6 小结  93-95
第6章摩托车平顺性评价  95-109
  6.1 摩托车平顺性评价方法  95-105
    6.1.1 ISO 2631简介  95-98
    6.1.2 ISO 5349简介  98-99
    6.1.3 基于速度和频率加权的摩托车平顺性评价方法  99-105
  6.2 摩托车平顺性评价  105-107
  6.3 小结  107-109
结论  109-111
致谢  111-112
参考文献  112-120
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果  120

基于道路模拟的摩托车平顺性研究

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