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原文传递摩托车振动模式分析与悬架参数优化

论文题名：	摩托车振动模式分析与悬架参数优化
关键词：	摩托车;非共面振动;悬架参数;多目标优化
摘要：	摩托车消费需求从小排量通勤代步逐渐转变为中大排量比赛娱乐，影响其操控稳定性和驾乘舒适性的振动问题日渐受到关注。为减小摩托车振动，提升娱乐用摩托车行驶性能，研究设计影响摩托车振动的悬架参数，协调改善包括非共面与共面振动的摩托车振动问题，对提高摩托车综合行驶性能具有重要的理论意义和工程价值。　　本文以某摩托车为对象，通过建立人-车-路系统仿真模型分析其可能存在的非共面振动不稳定问题。对悬架参数进行优化匹配以达到同时改善摩托车非共面与共面振动的目的。论文主要工作如下：　　首先建立摩托车行驶环境的人-车-路动力学系统模型。采用试验测量和理论计算相结合的方法，提取用于摩托车参数化建模的实际车辆参数，通过Bikesim参数化建模工具建立该摩托车整车13自由度动力学模型，应用傅里叶逆变换法建立行驶环境的3D路面模型和基于预瞄路径跟随的PID侧倾角控制方法建立驾驶员对摩托车的操控模型，从而完成摩托车行驶环境的人-车-路系统模型搭建，为后续摩托车的振动模式分析提供模型支撑。　　然后以人-车-路系统仿真模型作为振动分析平台，利用根轨迹法分析摩托车在直线行驶和稳态转向工况下的非共面振动稳定性。结果表明：直线行驶工况的摩托车迂回摆动模态始终稳定，而摆振模态在中低速范围（30km/h-90km/h）内存在负模态阻尼而表现为不稳定，其临界稳定车速为90km/h，临界车速过高；稳态转向工况的摩托车摆振与迂回摆动模态的根轨迹趋势与直线行驶时一致，但表现为更弱的稳定性。应用基于试验设计的灵敏度方法分析影响该摩托车非共面和共面振动的因素及其变化规律。　　最后为改善非共面振动和共面振动，通过自编程序集成技术和模态追踪法则，搭建了基于Isight、Bikesim和Matlab的联合自动仿真优化平台，并应用带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II对摩托车非共面与共面振动进行多目标优化求解。由于任一pareto最优解均无法实现优化目标同时最优，为此利用熵权优劣解距离法对pareto最优解的选择进行决策以确定最终悬架具体设计参数值。优化结果表明：摩托车以车速60km/h直线行驶时，摆振模态的特征根实部由1.01变为-3.77，表明其由不稳定转为稳定。此时虽然迂回摆动模态的特征根实部由-4.71变为-4.23，但特征根实部仍为负值处于可以接受的稳定区域。且共面振动的垂向和俯仰加速度均方根分别由优化前的1.14m/s2和3.45rad/s2减小到了优化后的0.96m/s2和3.16rad/s2，实现了15.7%和8.4%的振动抑制率，取得了较好的优化效果，提升了摩托车综合行驶性能。为进一步验证该组悬架优化参数在其余车速时的效果，研究了非共面振动摆振模态和迂回摆动模态的根轨迹，结果表明，在其余速度直线行驶工况和稳态转向工况下的摆振模态和迂回摆动模态也均实现稳定。同时理论分析表明，不同车速下共面振动垂向和俯仰加速度对路面激励响应为线性关系，判断该组悬架优化参数值同样能降低其余车速下的共面振动。　　摩托车非共面振动和共面振动的研究表明，通过多目标优化摩托车悬架系统的结构参数和性能参数实现降低振动，可以改善其中高速行驶性能，对其他类别摩托车的中高速行驶性能研究具有借鉴作用。
作者：	童勇
专业：	车辆工程
导师：	黄泽好
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022