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悬架运动学与弹性运动学特性分析及试验装备关键技术研究
| 论文题名： | 悬架运动学与弹性运动学特性分析及试验装备关键技术研究 |
| 关键词： | 汽车悬架;运动学特性;弹性运动学特性;多体模型;参数辨识 |
| 摘要： | “悬架运动学与弹性运动学（Kinematicsamp;Compliance, Kamp;C）”特性不仅决定了整车操纵稳定性，还对整车平顺性及主动安全性等具有重要影响。现有基于解耦理论的Kamp;C测试方法难以准确反映车辆的真实运行状态，将Kamp;C特性简单叠加得到的悬架总成特性模型在非线性区的精度有待提升，广泛应用的悬架系统多体模型通常难以反映Kamp;C迟滞特性。本文通过理论分析、动力学仿真和试验研究相结合的方法，对悬架Kamp;C特性的建模理论、试验方法和试验装备研制等问题进行了系统深入的研究，主要研究内容如下： 1）研究了悬架Kamp;C特性与整车行驶过程中悬架实际运动状态之间的关系，建立了基于多向耦合Kamp;C试验的悬架总成特性模型。通过整车多体仿真及Kamp;C多向耦合试验，揭示了悬架Kamp;C特性与悬架实际运动状态的关系。分析了基于解耦理论的Kamp;C试验方法在构建悬架总成特性模型时存在的误差，建立了基于多向耦合Kamp;C试验的高阶Legendre多项式来表征悬架总成特性模型，实现了车辆模型在复杂场景下运动状态的精准预测。 2）建立了含弹性元件摩擦和铰链间隙的双横臂空气弹簧悬架多体模型。基于热力学方程及改进的 Berg 摩擦模型推导了空气弹簧弹性力模型。基于Lankarani-Nikravesh非线性弹簧阻尼模型和修正Coulomb摩擦力模型推导了间隙铰链接触力模型。研究了空气弹簧非线性参数的辨识方法，建立了用于悬架Kamp;C迟滞特性分析的双横臂空气弹簧悬架模型，揭示了弹性元件摩擦和铰链间隙对悬架Kamp;C迟滞特性的影响规律，实现了悬架Kamp;C非线性迟滞特征的精确模拟。 3）研究了基于悬架Kamp;C试验的衬套非线性参数分步序列辨识方法。分析了悬架工作区间与衬套工作区间的映射关系，按映射关系将衬套非线性参数分解成若干个参数辨识的子问题。基于Chebyshev多项式理论推导了考虑Kamp;C试验加载节点变化的悬架Kamp;C特性Chebyshev元模型。研究了衬套非线性参数分步序列辨识方法，缩减了衬套非线性参数的辨识规模，实现了基于悬架Kamp;C试验的衬套部件非线性参数高效辨识。 4）研究了基于非接触式测量的悬架Kamp;C特性多向耦合试验方案，研制了悬架Kamp;C特性高精度试验装备。设计了悬架Kamp;C特性试验装备总体方案和机械结构、测量控制系统、上位机软件及数据处理系统等。建立了悬架总成与Kamp;C试验装备的耦合多体模型，分析了Kamp;C试验装备不同加载方式和测量方式的精度差异。针对Kamp;C试验过程中悬架呈现出的耦合特性，分析了基于六分力传感器实时补偿的解耦控制策略。针对非接触式的双目视觉测量方式，研究了基于光学靶点位置的Kamp;C特性参数解算方法。 |
| 作者： | 吕天启 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张云清 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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