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原文传递基于整车动力学性能的菱形车前后悬架系统研究

论文题名：	基于整车动力学性能的菱形车前后悬架系统研究
关键词：	菱形车;悬架系统;操纵稳定性;动力学;工艺参数
摘要：	随着汽车工业的不断发展，我国已经成为世界上的汽车制造大国，但是由于自主研发能力的欠缺，中国还远远不是汽车强国。同时，汽车保有量不断增加，其带来的负面影响也在不断凸显，交通拥堵、交通事故增加、燃料需求紧张以及环境污染等问题越来越受到社会的关注。　　菱形车是一款新型汽车，其底盘布置形式与传统汽车的矩形布置形式不同。菱形车四个车轮呈菱形布置，且前后车轮为单轮，承担着联动转向功能，中轮为驱动轮，这样决定了其在总布置以及悬架、转向、制动系统的设计等许多方面会与传统车辆有所不同。菱形车不仅具有完全的自主知识产权，而且在缓解交通、提高碰撞安全、节省燃油以及减少环境污染等方面具有自身的优势。但是，对于菱形车独特的底盘布置形式以及由此带来的一些结构上的创新设计，目前可供直接参考的理论和文献资料相对较少，要实现菱形车将来的产品化和市场化，还有大量的研究工作需要进行。本文在菱形车的平顺性、操纵稳定性、悬架参数设计以及悬架和车轮结构设计等方面进行了较为深入的研究，主要内容包括: 　　确定了菱形车各悬架系统以及前后轮系统的基本结构。根据菱形底盘布置形式的特殊性，通过对传统悬架形式进行对比分析，确定双纵臂和双横臂独立悬架分别作为菱形车前后悬架和中悬架的基本形式。双纵臂独立悬架不仅适用于转向轮，而且有利于降低整车质心，可以满足菱形车对前后悬架基本要求，悬架和前后轮系统结构的确定有助于后续菱形车的整车性能分析以及优化等工作。　　建立了菱形车十五自由度整车平顺性模型，并分别在随机路面和脉冲路面下分析了各设计变量对其平顺性的影响规律。根据菱形车的底盘布置特点，详细推导了菱形车整车平顺性的动力学模型，通过求解，分别得到驾驶员和左后乘员的垂向加权加速度均方根值和最大垂向加速度，从而对整车平顺性进行评价。平顺性模型是菱形车整车性能深入研究的一个理论基础，各设计变量对平顺性的影响规律也为菱形车总布置提供了理论参考。　　建立了菱形车二自由度和三自由度操纵模型，并分析了各设计变量对操纵稳定性的影响规律，同时对两个操纵模型进行了对比分析，发现了二者之间的不同。二自由度模型主要考虑侧向和横摆运动，而三自由度模型不仅考虑侧向和横摆运动，而且考虑侧倾运动，通过对菱形车的稳态回转、方向盘角阶跃输入和方向盘角脉冲输入试验的仿真研究，分析了各设计变量对菱形车操纵稳定性的影响规律，为菱形车总布置以及悬架参数选择提供了理论依据，也为菱形车操纵稳定性的深入研究奠定了理论基础。　　利用协同优化技术对菱形车的悬架参数进行了优化设计。菱形车悬架参数的变化对平顺性和操纵稳定性的影响存在矛盾性。优化前，通过菱形车样车试验对建立的平顺性模型和三自由度操纵模型进行验证，验证正确后以二者为基础，根据协同优化思想建立了菱形车悬架参数的优化模型，通过优化使得菱形车的整车性能在一定程度上得到了综合提高。优化后的悬架参数能够指导菱形车悬架结构设计，为其提供理论参考。　　利用近似建模技术，对菱形车前后轮系统的横梁结构进行了优化设计。根据菱形车的结构特点确定横梁的基本结构，并通过灵敏度分析确定横梁的关键设计尺寸，利用拉丁超立方方法建立横梁样本，再通过对各个样本的分析得到横梁的质量和疲劳寿命，从而利用Kriging近似建模技术建立横梁质量和疲劳寿命的近似模型，在此基础上以横梁疲劳寿命为约束条件，以横梁质量最小化为目标，对其关键设计尺寸进行优化设计。这种设计方法对于菱形车的横梁设计来说，可以大大地缩短设计时间，节约设计成本。　　本文的研究对菱形车整车设计参数选择以及前后悬架和前后轮的结构设计提供了理论依据，这不仅对菱形车的样车生产具有实际指导意义，而且为菱形车将来的产品化和市场化奠定了理论基础，具有很好的工程实际意义。
作者：	张义
专业：	车辆工程
导师：	钟志华;莫旭辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文