重型汽车动力学性能仿真研究与优化设计

本论文是结合一汽集团的新产品研发项目“新一代高性能重型牵引车的开发”进行的,针对重型汽车在长途运输中重载持续高速行驶的特点,着重研究了行驶平顺性和操纵稳定性。论文运用汽车动力学原理及仿真分析手段,分别从重型汽车动力学建模中的难点、关键总成的优化匹配以及整车性能仿真与优化等几方面进行了研究,并将研究成果应用于工程实践,为重型汽车的开发设计提供理论指导和技术支持。 首先,对重型汽车动力学仿真影响较大的钢板弹簧和轮胎模型进行了研究。应用三连杆近似原理建立了全新的三连杆板簧模型,不仅实现了对钢板弹簧运动学特性仿真,而且实现了对动力学特性和因板簧片间摩擦引起动刚度的仿真。相对传统板簧建模,三连杆模型减少了所含物体数量,既保证了仿真精度,又大幅提高了仿真速度。通过试验手段首次建立了重型汽车子午线轮胎的Ftire模型,不仅适合车辆操纵稳定性研究,也适合平顺性研究,并且还可进行轮胎接地印迹计算,为研究轮胎磨损问题打下了基础。 随后,针对与重型汽车平顺性密切相关的动力总成悬置与全浮驾驶室进行了优化匹配研究。将多岛遗传算法、蒙特卡罗模拟分析、六西格玛概率等优化算法有机结合在一起,对动力总成悬置分别进行了确定性优化和稳健性优化,并将ADAMS、iSIGHT、Matlab等软件有效整合而使整个优化流程自动运行,实现了优化方法上的创新。建立和验证了新驾驶室的刚弹耦合模型,并在此基础上以驾驶室悬置弹簧刚度、减振器阻尼为影响因素,通过虚拟正交试验设计研究改善驾驶室乘坐舒适性,指导了驾驶室的设计开发。 最后,利用模板化建模技术,建立了重型汽车多体动力学模型。并将行驶平顺性和操纵稳定性仿真结果与实车试验数据进行对比,验证了该模型的正确性;应用正交试验设计和极差分析方法,研究了前悬架板簧刚度、前后悬架减振器阻尼因素对整车平顺性和操纵稳定性的影响,并对前后悬架减振器阻尼参数进行了优化匹配,为开发设计提供技术支持。