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原文传递基于虚拟试验场的轿车操纵稳定性分析、优化及稳健设计

论文题名：	基于虚拟试验场的轿车操纵稳定性分析、优化及稳健设计
关键词：	操纵稳定性;虚拟试验场;优化设计;稳健设计;虚拟样机
摘要：	论文利用虚拟样机技术及实车试验建立了针对某型轿车的虚拟动力学试验场，并以其为基础对样车操纵稳定性能进行全面深入研究，将稳健优化设计引入操纵稳定性研究中。全文包含以下内容：　　 (1)在详细分析样车各相关总成结构的基础上，综合运用多体动力学理论和有限元方法，并通过组织试验获得必要的整车参数，在ADAMS/CAR软件里建立了包含前后悬架系统、转向、车身、动力传动、轮胎等子模块在内的整车非线性刚柔耦合数字化虚拟样机；以所建整车虚拟样机模型为基础，结合车辆动力学试验标准，建立了相应的样车动力学虚拟试验场；　　 (2)对实车组织实施了稳态回转、蛇行线及双移线三项操纵稳定性试验；以样车操纵稳定性虚拟试验场为基础进行了相应的操纵稳定性虚拟试验；通过仿真与试验数据对比，对模型进行调整，得到了可以替代实车进行操纵稳定性仿真研究的操纵稳定性虚拟试验场；　　 (3)进行了满载下的虚拟操纵稳定性试验，实现了对该车型的操纵稳定性评价。评价值显示该车型操纵稳定性能较好，且稳态操纵性能较瞬态操纵性能更好；　　 (4)对实车进行了前后偏频试验，将其试验结果与虚拟偏频试验结果对比，一方面验证了所建虚拟偏频试验场及虚拟样车前后悬架垂向振动特性的正确性，另一方面也发现前悬架偏频值与按现有车辆理论偏频公式所得值不同；通过仿真及理论研究发现试验偏频值与理论偏频值的不同是由于该车前恳架的大阻尼特性所造成的，结合理论偏频公式的假没前提，分析出该理论偏频公式不适用大阻尼悬架，并总结了样车大阻尼悬架的一些特性；　　 (5)对实车进行了不同车速下的随机路面输入试验；以样车随机路面输入虚拟试验场为基础进行了相应的虚拟试验；对仿真和试验结果进行对比，表明该虚拟试验场可以进行样车平顺性研究工作，所得平顺性评价值说明该样车在水泥路面上平顺性能良好；　　 (6)通过前悬架虚拟K&C试验，发现前悬架纵向稳定性差以及轮距变化大的缺陷。针对该问题，在进行前悬架运动学分析基础上，通过前悬架设计点坐标的灵敏度分析，对前悬架设计点坐标位置进行相应的优化调整，在减少轮距变化及改善纵向稳定性同时，保证了悬架其他评价值基本不变，并通过整车稳态回转及制动仿真试验验证了优化的有效性；　　 (7)通过后悬架运动学简图分析，找到影响样车扭转梁式半独立后悬架特性的悬架结构参数。然后通过悬架K&C虚拟仿真试验，分别分析了这些结构参数对样车的影响，得到了该类悬架结构设计的一些原则，积累了相关设计经验，以便指导以后的设计工作；　　 (8)以整车刚柔耦合模型为基础，通过灵敏度分析选取对车辆操纵稳定性影响较大的悬架性能参数为优化参数，以样车的操纵稳定性客观评价指标为目标函数值进行正交优化设计，在充分考虑车辆其他相关性能的基础上对结果进行分析后得到了较好的参数水平组合。所得参数水平组合在改善车辆操纵稳定性性能的基础上，对车辆平顺性的影响可以忽略不计。但通过对不同工况下正交优化结果的方差分析及优化后参数水平对比，发现正交优化设计方法无法得到同时满足不同工况要求的最佳参数水平组合，为此提出稳健设计方法；　　 (9)针对车辆操纵稳定性正交优化在不同工况下优化结果不同的情况，结合悬架零部件性能参数变动下车辆操纵稳定性能的波动，引入稳健设计的概念进行操纵稳定性研究。采用Taguchi稳健设计方法对车辆操纵稳定性能进行稳健设计，将得到的稳健优化参数水平组合与车辆原始参数水平组合及正交优化所得参数水平组合进行了对比。结果表明稳健设计所得参数水平组合即改善了样车操纵稳定性能，又保证了在噪声因素影响下样车操纵稳定性能的稳定，并且没有降低平顺性能，弥补了正交优化设计的不足。该方法为样车操纵稳定性能优化研究提供了新的思路。
作者：	车华军
专业：	车辆工程
导师：	陈南
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文