基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架优化设计与被动实现
这是一篇关于车辆ISD悬架,机电惯容器,分数阶无源网络,被动实现,平顺性的论文, 主要内容为应用惯容器的车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架自提出以来便成为了车辆悬架领域的研究热点,探索悬架系统的结构设计方法和具体实施方案是研究车辆ISD悬架的关键所在。由机械式惯容器与旋转电机耦合而成的机电惯容器,利用旋转电机的外端电网络阻抗可等效模拟机械网络阻抗,为车辆ISD悬架系统的复杂网络结构设计提供了有效方案。然而,进一步提升悬架系统性能需要更高阶外端整数阶电网络阻抗传递函数,网络综合难度巨大,且电网络结构复杂,悬架系统性能提升达到瓶颈。分数阶无源网络元件是传统整数阶无源网络元件的拓展与延伸,具备更为广泛的动力学特性,且分数阶微积分理论已在悬架系统设计中得到成功运用。因此,本文基于分数阶无源网络,应用机电惯容器装置,以提升悬架系统综合性能为目标,开展车辆机电ISD悬架的优化设计与被动实现研究。旨在提升悬架系统的隔振性能,推动车辆机电ISD悬架系统的结构设计与实现方案进一步发展。首先,建立基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架系统动力学模型。根据分数阶微积分定义,推导分数阶无源网络元件包括机械网络元件(惯容器、阻尼和弹簧)与电网络元件(电容、电阻和电感)的解析表达,获得了分数阶网络元件的阻抗表达式。以滚珠丝杠式机电惯容器作为研究对象,分别建立应用整数阶电网络和分数阶电网络的车辆机电ISD悬架系统动力学模型,采用结构-阻抗综合法和粒子群算法优化求解两种悬架结构及参数,得到实现最佳悬架性能的电网络结构及悬架系统的参数,为研究基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架的动态性能奠定模型基础。其次,研究基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架系统的动态行为规律。分析了分数阶ISD悬架结构特性以及参数变化对悬架结构特性的影响,总结得到参数变化对分数阶ISD悬架结构特性的作用规律。分别在正弦路面输入、随机路面输入和脉冲路面输入下进行了仿真分析,结果显示:在随机路面输入条件下,当车速为20m/s时,较整数阶ISD悬架和传统被动悬架,分数阶ISD悬架的悬架动行程均方根值降低31.96%,轮胎动载荷均方根值降低9.47%,车身加速度均方根值也略有降低,分数阶ISD悬架系统综合性能得到进一步提升。在此基础上分析了参数摄动下分数阶ISD悬架的动态性能,归纳得到了参数变化对基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架系统动态性能的作用机理,同时也验证了优化参数的可靠性。然后,提出了基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架被动实现方案。通过分析无源网络综合被动实现方法,将优化获得的分数阶电网络结构的分数阶阻抗传递函数进行双二次型阻抗传递函数逼近,确定了逼近所得的双二次型整数阶阻抗传递函数的五元件实现具体结构和参数值,完成基于分数阶理论网络与整数阶逼近网络的车辆机电ISD悬架动态性能验证。仿真结果表明,在正弦路面输入、随机路面输入和脉冲路面输入条件下,运用分数阶理论网络的车辆机电ISD悬架和运用整数阶逼近网络的车辆机电ISD悬架的性能改善效果偏差在5%以内,验证了其逼近效果。最后,设计了车辆机电ISD悬架样机并进行了台架试验验证。分别完成了滚珠丝杠式惯容器和旋转电机的结构选型与参数设计,研制了车辆机电ISD悬架系统试验样机,分别在正弦路面输入与随机路面输入条件下进行了性能试验。结果表明,正弦路面输入条件下,车辆机电ISD悬架的悬架动行程与轮胎动载荷均方根值有明显改善;在车速为10m/s、20m/s、30m/s的随机路面输入下,相较于传统被动悬架,车辆机电ISD悬架的车身加速度均方根值最多改善1.32%,悬架动行程均方根值最多改善23.89%,轮胎动载荷均方根值最多改善6.94%。试验结果与仿真结果基本吻合,有效验证了理论分析的正确性,达到了预期研究目标。本文所研究的基于分数阶无源网络的车辆机电ISD悬架突破了传统整数阶阻抗传递函数对悬架系统性能提升的限制,进一步改善了车辆悬架的隔振性能,为应用机电惯容器的车辆机电ISD悬架的系统设计提供了新的方法指导。
MPV汽车滑移门的平顺性研究
这是一篇关于滑移门,平顺性,有限元,近似模型,多岛遗传算法的论文, 主要内容为随着现代汽车技术的不断发展,越来越多的汽车配备了滑移门。滑移门是一种滑动式车门,相较于传统铰链式车门具有开启后外部空间占用小、开门开度大等优点,因此在商用车和轿车中得到了广泛的应用。汽车滑移门长期使用过程中,会出现异响、震动、运动卡滞等平顺性问题。这些问题不仅会降低乘客的舒适性,而且还可能影响汽车的安全性和寿命,使用有限元仿真的方法对滑移门的运动过程进行模拟,是研究滑移门的运动平顺性的一种有效方法。在研发设计阶段运用此方法对滑移门性能进行评估和改进可以避免后期资源浪费和提高整个设计过程的效率。本文以某MPV(Multi-Purpose Vehicle)汽车滑移门为研究对象,基于其三维模型,按照建模流程建立了滑移门平顺性有限元仿真模型。从分析仿真结果看,滑移门质心加速度和中走轮臂前导向轮的受力异常,查阅相关文献并结合工程经验分析可以将滑移门质心加速度和中走轮臂前导向轮的受力作为评价滑移门平顺性的指标,并发现滑移门中导轨弯曲部分的曲率半径、中下导轨的布置倾角以及中走轮臂的轴销位置对滑移门平顺性的影响较大。前期设计阶段通过仿形门台架试验可较方便的进行平顺性试验验证,于是基于实车车门开发了仿形门台架。进行滑移门平顺性实车试验,将仿形门安装到实车上重新试验,对比得到的试验数据,验证了仿形门的可行性。滑移门台架试验数据与仿真模型数据进行对比,误差较小,验证了有限元模型的准确性。针对滑移门平顺性影响因素较多且交互影响的效应较为明显的问题,提出了建立近似模型替代有限元模型并结合多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA)优化滑移门平顺性的方法,按照优化流程,合理的将DOE(Design of Experiments)拉丁超立方试验设计、滑移门平顺性影响变量灵敏度分析、响应面法建立拟合模型、多岛遗传算法优化等技术结合起来,将得到的最优结果带入有限元模型中进行验证,对比仿真结果,滑移门加速度最大值、均方根值下降,中走轮臂前导向轮受力最大值降低,滑移门平顺性得到提高。本文研究的滑移门平顺性问题,针对滑移门平顺性影响因素较多且交互效应较强的难点,提出用有限元法建立准确的滑移门模型,结合建立拟合模型代替有限元模型、启发式优化算法的方法来改进滑移门结构,为提高滑移门平顺性提供了新的思路,将方法应用于滑移门运动系统的前期开发过程中将提高滑移门设计效率与产品性能,并且节约成本。
基于ADAMS的刚柔耦合整车模型平顺性仿真研究
这是一篇关于平顺性,钢板弹簧,杆系匹配,刚柔耦合,整车仿真的论文, 主要内容为行驶平顺性是衡量现代汽车优劣的一种重要依据，当下对汽车行驶平顺性的研究主要采用多刚体动力学的方法，少有考虑柔性体对平顺性的影响，这也是仿真试验与实际状况存在差异的原因之一，这样看来将变形量大的部件进行柔性处理，建立刚柔耦合整车模型进行平顺性仿真具有实际工程意义。 本文以某一国产三轴汽车为研究对象，首先用离散梁法在钢板弹簧建模器中建立两端滑块式钢板弹簧，此方法所建立的钢板弹簧为柔性体。通过对两端滑块式钢板弹簧进行刚度验证得出了它的非线性、迟滞性和变刚度特性。 其次，为了使得悬架系统更为合理，本文通过作图法和ADAMS仿真的方法，以减小车轮最大干涉转角为目标，对钢板弹簧的连接形式及与转向杆系的匹配进行详细分析，分析了当车轮发生跳动时，各种连接形式的钢板弹簧悬架系统的运动过程，得出了利于转向且悬架运动协调的一种连接形式。 再次，利用两端滑块式钢板弹簧建立双联轴式平衡悬架系统，并对12根推力杆进行柔性处理，将其在ADAMS/View中进行网格划分，并对其进行7至15阶模态分析得出固有频率和云图。在已经进行柔化处理的钢板弹簧和推力杆的基础上建立前、中、后桥总成模型，接着在建立转向系统总成模型、车身模型和轮胎模型，最后将各个模型进行组装得到整车刚柔耦合模型。 最后，将刚柔耦合整车模型和推力杆为刚性的整车模型分别进行随机路面仿真，得出推力杆柔化对仿真结果无太大影响的结论。再将刚柔耦合整车模型进行三角脉冲路面仿真，最后得出的结果也在规定范围之内。把刚柔耦合整车模型进行优化分析计算，结果表明优化后汽车的平顺性有较好的改善。
MPV汽车滑移门的平顺性研究
这是一篇关于滑移门,平顺性,有限元,近似模型,多岛遗传算法的论文, 主要内容为随着现代汽车技术的不断发展,越来越多的汽车配备了滑移门。滑移门是一种滑动式车门,相较于传统铰链式车门具有开启后外部空间占用小、开门开度大等优点,因此在商用车和轿车中得到了广泛的应用。汽车滑移门长期使用过程中,会出现异响、震动、运动卡滞等平顺性问题。这些问题不仅会降低乘客的舒适性,而且还可能影响汽车的安全性和寿命,使用有限元仿真的方法对滑移门的运动过程进行模拟,是研究滑移门的运动平顺性的一种有效方法。在研发设计阶段运用此方法对滑移门性能进行评估和改进可以避免后期资源浪费和提高整个设计过程的效率。本文以某MPV(Multi-Purpose Vehicle)汽车滑移门为研究对象,基于其三维模型,按照建模流程建立了滑移门平顺性有限元仿真模型。从分析仿真结果看,滑移门质心加速度和中走轮臂前导向轮的受力异常,查阅相关文献并结合工程经验分析可以将滑移门质心加速度和中走轮臂前导向轮的受力作为评价滑移门平顺性的指标,并发现滑移门中导轨弯曲部分的曲率半径、中下导轨的布置倾角以及中走轮臂的轴销位置对滑移门平顺性的影响较大。前期设计阶段通过仿形门台架试验可较方便的进行平顺性试验验证,于是基于实车车门开发了仿形门台架。进行滑移门平顺性实车试验,将仿形门安装到实车上重新试验,对比得到的试验数据,验证了仿形门的可行性。滑移门台架试验数据与仿真模型数据进行对比,误差较小,验证了有限元模型的准确性。针对滑移门平顺性影响因素较多且交互影响的效应较为明显的问题,提出了建立近似模型替代有限元模型并结合多岛遗传算法(Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA)优化滑移门平顺性的方法,按照优化流程,合理的将DOE(Design of Experiments)拉丁超立方试验设计、滑移门平顺性影响变量灵敏度分析、响应面法建立拟合模型、多岛遗传算法优化等技术结合起来,将得到的最优结果带入有限元模型中进行验证,对比仿真结果,滑移门加速度最大值、均方根值下降,中走轮臂前导向轮受力最大值降低,滑移门平顺性得到提高。本文研究的滑移门平顺性问题,针对滑移门平顺性影响因素较多且交互效应较强的难点,提出用有限元法建立准确的滑移门模型,结合建立拟合模型代替有限元模型、启发式优化算法的方法来改进滑移门结构,为提高滑移门平顺性提供了新的思路,将方法应用于滑移门运动系统的前期开发过程中将提高滑移门设计效率与产品性能,并且节约成本。
重卡板簧悬挂优化及对整车平顺性影响的研究
这是一篇关于重卡,板簧悬挂系统,刚柔耦合动力学建模,平顺性的论文, 主要内容为重卡汽车是当代物流的重要工具。2016年以来来,随交通运输业的迅速发展,广大车友对卡车的平顺性及驾乘舒适性的要求不断提高。重卡汽车的悬挂系统是影响汽车使用性能和舒适性的重要部件,而板簧结构又是决定悬挂系统性能的关键部件之一,直接影响悬挂系统的工作性能。实践证明,现有的板簧结构已不能满足对汽车更高使用性能的要求,因此,研究新型板簧势在必行。本文将进行重卡汽车新型板簧的设计,研究新型板簧悬挂对整车动力学性能及整车平顺性的影响。利用理论分析方法,研究了通过对原板簧的结构改进实现对汽车整车性能的提高,建立了板簧悬挂系统的动力学模型;对改进后的新型板簧簧片进行了设计计算,确定了新板簧的各部分尺寸及主要参数;对改进前后板簧减振效果进行了对比分析,结果表明,新板簧提高了重卡汽车的性能和汽车行驶的平顺性。在Solidworks中,做出新板簧的三维模型。利用有限元软件对新型板簧进行了应力分析和刚度分析,由应力分析云图可以得到,在簧片中点板簧应力最大,其值为205 Mpa,低于材料许用应力,满足设计要求;结果表明新型板簧刚度位移与载荷成正相关线性关系,随着板簧位移的增加载荷逐渐增加,当位移达到180 mm时,板簧载荷为25000N,证实了新型板簧设计满足使用要求。运用数字化三维设计软件,对整车进行了三维建模,及有限元法建立了驾驶室及车架的多柔体动力学模型,做了驾驶室和车架模态测试实验,模态测试结果显示,有限元法建立的驾驶室及车架的多柔体动力学模型模态频率误差均在15%误差范围内,在此基础上,利用ADAMS创建包含新型板簧悬挂系统、驾驶室及车架等零部件组成的整车刚柔耦合动力学模型。用ADMAS软件对原板簧和新板簧悬挂系统的整车刚柔耦合多体动力学模型进行了仿真分析,分别获取了原板簧、新板簧悬挂系统对整车平顺性性能的影响结果,表明:在相同道路条件下得到,新板簧的加速度幅值与原板簧相比降低了 25.9%。就整车平顺性能而言,新型板簧悬挂系统的要优于原板簧。
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