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原文传递车用空气弹簧生命周期设计方法研究

论文题名：	车用空气弹簧生命周期设计方法研究
关键词：	汽车;空气弹簧;生命周期;参数设计
摘要：	近年来，随着工业技术的发展和人们收入水平的提高，对汽车的需求越来越大，乘坐的舒适性和安全性也越来越受到人们的关注。空气弹簧作为汽车悬架上的一种橡胶材质的弹性元件，与其他类型的弹性元件相比，具有刚度可变、自振频率低、高度可控以及吸振能力强等优点，能使汽车获得更好的平顺性和操纵稳定性，因此，在大中型客车、重型载货汽车及高级轿车上获得日益广泛的应用。但随着空气弹簧的产销量的增加，也带来了资源过度消耗、能源短缺和环境污染等一系列问题。因此，开展空气弹簧生命周期设计(Life Cycle Design，LCD)方法的研究不仅能促进我国空气弹簧的设计水平的提高，增强我国空气弹簧产品的国际竞争力，而且对实现我国橡胶行业的节能降耗、清洁生产发展的目标也具有重要的现实意义。本文对车用空气弹簧生命周期设计方法进行深入的研究，主要研究工作如下: 　　(1)在对传统的面向环境的质量功能配置(QFD for Environment，QFDE)理论进行扩展的基础上，通过递阶质量屋的构建，利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)获取用户需求的权重排序，利用用户需求和基本工程参数间的转换矩阵得到对应的基本工程参数权重。在利用生命周期理论中的敏感性分析方法和层次分析法的基础上，确定出空气弹簧环境需求和生命周期成本需求所对应的环境综合工程设计参数权重。通过建立用户需求工程参数和环境综合工程参数权重比较矩阵获取最终空气弹簧生命周期工程参数权重排序;以此为依据，构建了空气弹簧生命周期设计规划模型。　　(2)以空气弹簧基本原理和设计理论为基础，给出了空气弹簧的刚度和固有频率的设计计算方法，运用热力学知识，从功率损失系数、振动频率和弹簧尺寸等三方面计算分析了多变指数n的取值对空气弹簧刚度的影响。结果发现，在计算空气弹簧刚度时，多变指数n值在任何时候下都取为1.33是不合理的，应根据空气弹簧使用工况的变化选取不同的多变指数n的值。以建立空气弹簧的有限元仿真模型为基础，进一步分析空气弹簧参数对空气弹簧垂向刚度的影响，从而为空气弹簧生命周期设计的性能设计提供了设计思路和设计方法。　　(3)通过建立空气弹簧的虚拟仿真模型，从空气弹簧的结构参数和工作参数两方面对平顺性的影响进行分析。以多体动力学软件环境下的虚拟样机整车模型为基础上，对空气弹簧悬架进行运动学分析。通过对虚拟样机的平顺性仿真研究，确定优化变量和优化目标，通过对各优化变量的灵敏度分析，评估了各优化变量在优化模型中的功用与地位，通过参数优化前后的仿真与实车试验结果进行对比，验证的优化模型的正确有效性。从该优化过程可以看出，整车虚拟样机技术是对空气弹簧性能参数设计结果是否合理的一种有效的评价和优化方法。　　(4)以生命周期评价基本理论为基础，运用GaBi4软件，对空气弹簧生命周期清单(Life Cycle Inventory，LCI)进行分析。在此基础上，通过对空气弹簧塑炼过程的门尼粘度和能耗分析，以塑炼过程中的辊筒线速度、辊筒间距和辊筒速比为优化变量，在忽略塑炼过程对空气弹簧刚度影响的前提下，构建了门尼粘度和碳排放为优化目标的多目标优化模型。引入改进遗传算法，寻求模型的最优解。以某空气弹簧为例，验证模型的正确性，并对优化结果和优化变量的灵敏度进行了分析。该计算分析过程为空气弹簧生命周期设计中的环境评价和改进提供了理论基础和实践方法。　　(5)以生命周期成本基本理论为基础，结合空气弹簧生命周期过程中的阶段性特征分析，构建其生命周期成本框架及分阶段成本模型。在对成本构成的不确定影响因素分析的基础上，基于盲数理论和可信度聚合方法，建立空气弹簧生命周期成本盲数模型。通过对该模型进行实例盲数估算，表明该模型的可行性。该盲数成本模型的构建为空气弹簧生命周期设计过程中的成本估算提供了有效的理论依据和计算方法。
作者：	张良
专业：	车辆工程
导师：	王其东
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文