汽车悬架系统特性建模方法研究

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采用汽车虚拟样机技术的产品开发是未来整车开发的发展趋势,虚拟样机动态仿真来代替实车试验,既缩短汽车开发时间又节省成本,并且能减少极限工况下的风险,以虚拟样机技术的整车开发是汽车行业具有革命性的重大进步。然而,虚拟样机技术在汽车产品开发过程中能取得广泛应用的关键取决于车辆动力学模型的逼真度,这样使车辆准确建模越来越重要。车辆动力学模型可归纳为基于总成结构的模型和基于总成特性的模型。在车辆设计开发的初期,无法获知车辆的具体结构参数,只能通过定义产品的总成特性来进行车辆开发;并且对于零部件厂商而言,无法从整车厂商得到零部件具体的结构参数,只能通过掌握部件的外部特性来指导产品的开发设计,因此基于总成特性的模型对车辆开发有重要意义。目前基于总成特性的汽车动力学模型在车辆操纵稳定性等性能方面的仿真基本已经很好,但对影响车辆动态品质的摩擦、迟滞以及中高频环节建模较少,为了使汽车动力学模型更加准确,从而使虚拟样机技术真正发挥作用,就必须不断完善汽车动力学模型,使其能真正反应出汽车的品质特点。本文主要是围绕汽车动力学模型中悬架系统特性的两个方面,承载特性和导向特性的建模方法展开研究。随着悬架系统柔性元件大量使用以及多种元件的耦合作用,悬架系统作为整体表现出的总成特性呈现出较强的非线性迟滞特性和柔性变化。悬架承载特性方面当前的模型是仅仅针对弹性元件来建立线性或者非线性刚度特性,而大多数汽车的悬架系统是弹性元件和阻尼元件耦合使用,这样悬架系统内部的摩擦环节,导致悬架系统特性表现有摩擦特点,即承载特性呈现非线性迟滞。悬架导向特性在基于侧倾中心理论建模的导向力模型方面已经趋于完善,而在表达细节K&C特性参数选取方面存在差异,并且悬架K&C特性参数较多,选取和参数处理都很复杂,针对以上的问题,分别进行了悬架承载特性和导向特性建模方法的研究,用以提高悬架模型的仿真精度,使其更符合悬架系统特性试验数据,进而能更加准确、全面地反映汽车的行驶性能和品质特点,并对模型参数识别方法和试验数据处理进行研究。论文首先调研了汽车动力学模型的悬架模型和悬架K&C特性试验研究进展,分析了目前悬架系统特性的特点以及模型的不足,提出了本文学术研究的初衷和技术探索的路线,并确定了本文的研究内容以及结构安排。然后进行了悬架承载特性建模方法的研究,通过对目前汽车悬架承载特性建模的迟滞问题的要求,在研究总结了机械系统几种迟滞模型的基础上,提出了改进修正的Fancher模型思路,分别对卸载下边界和过渡边界给出了修正算法,实现了悬架系统承载特性曲线的卸载下边界和过渡边界不一致的现象。通过仿真与试验结果的对比,验证了改进Fancher模型的有效性。接着进行了悬架导向特性模型方法研究,对汽车悬架导向特性的两个方面进行了阐述,一是基于侧倾中心的导向力模型;一是K&C特性参数修正。并主要针对悬架导向特性的K&C特性参数方面进行研究,总结了影响悬架K&C特性的特性参数,分析了其对车辆性能方面的影响的同时,调研归纳了国际上主要的悬架K&C特性的特性参数,并结合对特性参数的分析,得出ASCL悬架K&C特性参数及修正方法。同时介绍了基于侧倾中心理论的导向力模型,从而达到建立完整的悬架模型的目的。最后进行了模型参数识别及试验数据处理,根据前面建立的完整的悬架系统特性模型,分别对承载特性和导向K&C特性参数识别方法的进行研究,利用ABD悬架K&C试验台测量的试验数据,进行参数提取,最后通过MATLAB/GUI图形用户界面的方式编制成试验数据处理软件。
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