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加速加载自动试验车的设计与仿真

作　者: 梁先仁
导　师: 周亮
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 加速加载试验车结构分析车辆动力学隔振稳像
分类号: U469.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来，随着我国交通事业的快速发展，道路以及飞机跑道的建设取得了跨越式的进步，路面材料的服役年限得到了越来越多科技工作者的重视。如何提高道路路面材料的使用寿命、分析道路路面的车辙病害以及确定路面材料层的耦合性能成了当今道路工程发展的热门研究方向。路面材料加速加载设备的研究开发成了许多道路工程相关研究所和科研单位评估路面服役问题的最佳选择。针对国内外加速加载设备速度小、轴载低、加载环境不可控的缺点，国家重大科技基础设施专项设立高速重载加速加载设备研究子项目。本文根据项目要求，设计一辆路面材料加速加载自动试验车。该加速加载试验车包括车架及加载单元、电机转向单元、动力驱动单元、转弯辅助支撑轮单元等部件。在机械动力学软件中建立加速加载试验车的前悬架以及整车模型，对试验车操纵稳定性进行相关分析和研究。试验车车架和驱动桥是试验车该加载设备的关键部件，运用有限元软件分别对其进行结构分析，评价其刚度、强度和模态，验证设计的合理性。加速加载试验车是基于视觉伺服的自动驾驶车辆，良好的振动性能是试验车正常工作的关键，根据加速加载试验车的物理振动模型，建立推导其数学模型，对试验车的各部件振动情况进行分析。针对车载CCD的振动情况，根据被动隔振理论，设计基于金属橡胶的车载CCD隔振装置并进行相关测试，并对车载CCD的稳像技术做相关研究。通过对加速加载试验车结构设计和仿真研究，完成了基于视觉伺服的加速加载试验车的设计，并在结构设计的基础之上设计一个基于块匹配的电子稳像平台，为国家重大科技基础设施的建设提供技术参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究的目的和意义  9
  1.2 路面加速加载试验系统的国内外研究现状  9-15
    1.2.1 路面加载设备的国内外发展现状  10-13
    1.2.2 汽车操纵稳定性的国内外发展现状  13-14
    1.2.3 有限元技术的国内外发展现状  14
    1.2.4 汽车平顺性的国内外发展现状  14
    1.2.5 车载 CCD 隔振及电子稳像技术的国内外现状  14-15
  1.3 本课题主要研究内容  15-17
第2章加速加载试验车总体结构设计及相关分析  17-34
  2.1 加速加载试验车的动力性  17-18
    2.1.1 试验车驱动力  17
    2.1.2 试验车行驶阻力  17-18
  2.2 加速加载试验车转向性能分析  18-19
  2.3 加速加载试验车的总体结构设计  19-23
    2.3.1 车架及加载系统设计  20
    2.3.2 动力驱动及传动系统设计  20-21
    2.3.3 转弯辅助支撑系统设计  21-22
    2.3.4 运行控制方案总体设计  22
    2.3.5 试验车整车模型的建立  22-23
  2.4 加速加载试验车前悬架分析  23-26
    2.4.1 试验车前悬架模型的建立  23-24
    2.4.2 试验车前悬架模型的测试  24-26
  2.5 加速加载试验车操纵稳定性分析  26-27
    2.5.1 试验车整车模型的建立  26
    2.5.2 试验车的操纵稳定性分析  26-27
  2.6 加速加载试验车主动悬架的控制研究  27-33
    2.6.1 主动悬架模型的建立  27-28
    2.6.2 LQG 控制的设计  28-29
    2.6.3 确定性能指标  29-30
    2.6.4 主动悬架仿真分析  30-33
  2.7 本章小结  33-34
第3章加速加载试验车车架和驱动桥的有限元分析  34-44
  3.1 加速加载试验车车架和驱动桥有限元模型的建立  34-37
    3.1.1 车架 CAD 模型的建立  34
    3.1.2 车架有限元模型的建立  34-35
    3.1.3 驱动桥桥壳的受力分析  35-36
    3.1.4 驱动桥有限元模型的建立  36-37
  3.2 加速加载试验车车架的结构分析  37-39
    3.2.1 试验车车架的静态分析  37-38
    3.2.2 试验车车架的动态分析  38-39
  3.3 加速加载试验车驱动桥的结构分析  39-42
    3.3.1 最大铅垂力情况  39-40
    3.3.2 最大牵引力情况  40-41
    3.3.3 最大侧向力情况  41
    3.3.4 最大制动力情况  41-42
  3.4 加速加载车架及驱动桥的模态分析  42-43
    3.4.1 试验车车架的模态分析  42-43
    3.4.2 试验车驱动桥的模态分析  43
  3.5 本章小结  43-44
第4章加速加载试验车的振动性能研究  44-68
  4.1 车载摄像机图像偏移量分析  44-45
  4.2 试验路面模型的建立  45-49
    4.2.1 路面不平度的功率谱密度  45
    4.2.2 低通白噪声方法生产路面模型  45-47
    4.2.3 时域路面不平度的 MATLAB/SIMULINK 模拟  47-49
  4.3 加速加载试验车振动模型分析  49-64
    4.3.1 试验车整车模型参数  49-51
    4.3.2 1/4 试验车振动模型及其分析  51-55
    4.3.3 1/2 试验车振动模型及其分析  55-59
    4.3.4 试验车整车振动模型及其分析  59-64
  4.4 仿真数据处理及分析  64-66
  4.5 本章小结  66-68
第5章车载 CCD 隔振系统的研制及其稳像研究  68-87
  5.1 基于车载 CCD 的被动隔振分析  68-70
    5.1.1 被动隔振模型的建立  68-70
    5.1.2 隔振理论在车载设备上的应用  70
  5.2 车载 CCD 振动隔振实验方案设计  70-74
    5.2.1 激振方案的选择  70-71
    5.2.2 基于金属橡胶的被动隔振装置设计  71-72
    5.2.3 金属橡胶隔振装置刚度的测定  72-73
    5.2.4 CCD 传感器及图像采集卡的选择  73
    5.2.5 车载 CCD 振动隔振试验系统  73-74
  5.3 车载 CCD 振动隔振装置动态试验研究  74-77
    5.3.1 动态测试试验设备  74-75
    5.3.2 实验方案设定  75-76
    5.3.3 振动传感器的选择及标定  76
    5.3.4 基于 VC6.0 的振动信号采集软件  76-77
  5.4 车载 CCD 隔振装置测试实验及数据处理  77-78
    5.4.1 定加速度下的振动实验  77-78
    5.4.2 变加速度下的振动实验  78
  5.5 车载 CCD 的电子稳像技术研究  78-86
    5.5.1 车载电子稳像系统的基本组成和原理  79-81
    5.5.2 基于块匹配的电子稳像关键技术  81-84
    5.5.3 稳像模型的建立及其实验  84-86
  5.6 本章小结  86-87
结论  87-88
参考文献  88-93
致谢  93

加速加载自动试验车的设计与仿真

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