微型客车平顺性建模、仿真及参数匹配研究

伴随着2008年金融危机影响的逐渐消除,我国的汽车市场呈现出平稳快速发展的态势,产销量逐年攀升,2009年已经跃居世界第1位。微型客车作为一种特殊车型,具有性价比高,用途广泛等特点,近年来发展更为迅速,2009年更是迎来井喷式的发展,产销量增长幅度同比达到80%以上,远超同期其它汽车产销量增长幅度,微型客车在我国汽车市场中的地位越来越高。然而,目前专门针对微型客车的研究还较少,对于其平顺性的研究更少。因此,微型客车平顺性建模和仿真将逐渐成为一个值得关注的问题。 国内外学者对于微型客车平顺性采用的建模方法大都是多体参数法,建立整车模型时没有考虑它与一般微型轿车在整车布置上的差异性,与实际存在一定的误差,并且多体参数法在设计初期存在参数获取困难的问题。 本文考虑了微型客车布置上的特殊性,采用集中参数法建立微型客车振动模型,对其平顺性进行系统的研究。首先,建立了微型客车平面七自由度振动模型;其次,总结路面随机激励的频域描述并提出改进措施,建立基于滤波白噪声法的路面时域模型,研究求解算法,仿真出时域路面随机激励,进行反变换验证;最后,系统进行微型客车的平顺性时域仿真和频域仿真,对影响微型客车平顺性的悬架参数匹配情况进行研究。论文的主要内容为: (1)微型客车平面七自由度系统的振动建模结合论文研究的重点,根据实际微型客车的布置形式特点,基于一定假设,建立了微型客车平面七自由度系统的力学描述,应用拉格朗日方程推导出矩阵形式的振动微分方程,建立了微型客车平面七自由度系统的车轮静载和振动响应量的表达式,为后续时域和频域的平顺性研究打下了基础。 (2)路面随机激励的频域和时域的建模阐述了路面随机激励的频域描述,包括空间频率功率谱密度描述和时间频率功率谱密度描述,提出了改进的描述方法;总结了标准白噪声的相关理论,阐述了单自由度线性系统激励和响应的关系,建立了基于滤波白噪声法构造路面随机激励的时域模型;编制了相应的求解算法,仿真出单轮路面时域模型,进行了反变换验证。验证结果表明,滤波白噪声法构造路面时域模型是精确和可行的。 (3)微型客车平顺性仿真及参数匹配研究根据最新的脉冲输入平顺性国标GB/T4970-2009的规定,采用三角形凸块描述路面脉冲激励,建立了路面脉冲激励的时域模型,应用所建立的微型客车平面七自由度模型,进行了路面脉冲输入工况的平顺性时域仿真,获得了前、中、后三个座椅的车速特性曲线。 运用滤波白噪声法构造路面随机激励时域模型,进行路面随机激励工况的平顺性时域仿真,求取了时域内的振动响应量,分析了车速和路面等级对于微型客车平顺性的影响。 在频域内研究了微型客车的平顺性,求取了各个振动响应量的频率响应特性和功率谱密度表达式,研究了乘坐变化对于微型客车的平顺性的影响。研究结果表明,该微型客车平顺性较好,乘坐变化对于座椅加速度功率谱密度影响较大,对于悬架动挠度和车轮相对动载的功率谱密度影响不大。 利用Welch方法求取了时域内振动响应量的功率谱密度,对时频仿真结果进行了对比分析。结果表明,时域结果和频域结果拟合较好,这也说明滤波白噪声法应用于微型客车平顺性仿真是有效和可行的。 运用正交试验设计,选择前、后悬架的刚度和阻尼为试验因素,以微型客车三个座椅传至人体的加权加速度均方根值为试验指标,研究了各个因素对于微型客车平顺性的影响情况,在给定3水平情况下获得了最优悬架参数组合;与原车型参数仿真结果相比,座椅传至人体的加权加速度均方根值减少10%;采用最优悬架参数组合进行了路面脉冲输入工况的时域仿真,座椅加速度值收敛速度加快。两个结果都说明采用正交试验设计改善了悬架参数之间的匹配情况,微型客车的平顺性得到改善。