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原文传递摩托车人-机刚柔耦合系统动态特性研究

论文题名：	摩托车人-机刚柔耦合系统动态特性研究
关键词：	摩托车;人机系统;刚柔耦合;有限元分析;平顺性;动态行为
摘要：	目前摩托车系统动力学研究一般采用多刚体动力学方法，没有考虑摩托车车架的柔性体、人和路对摩托车动态行为的影响，致使其动态行为与实际存在较大的差别。因而开展人—机一路环境下摩托车刚柔耦合系统动力学研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文对刚柔耦合系统动力学的研究现状和发展趋势进行了论述，阐述了刚柔耦合系统动力学基础理论，对多体动力学分析中的柔性体采用模态空间描述方法缩减自由度进行分析，研究了利用该方法求解刚柔耦合动力学问题解耦算法的一般步骤，以摩托车系统为研究对象，将车架作为空间柔性体，建立了人．机一路环境下摩托车人．机刚柔耦合系统动力学模型，分析了车架振动固有频率和振型，应用LMS 模态测试系统，采用时域最小二乘复指数法和最小二乘复频率法估计模态模型，并利用模态判定准则和频响函数综合法进行检验，对多款摩托车车架、车架挂发动机进行了实验模态分析，验证了理论模型的可靠性和准确性；根据摩托车的实际，分析和定义了各部件刚柔耦合模型的耦合关系，建立了摩托车人．机刚柔耦合系统动力学模型，对摩托车系统在加速、制动、转向等全过程的动态行为进行了研究；基于结构动力学理论，建立了摩托车整车的动力学模型，对整车系统进行了模态分析；将发动机激励和路面激励作为载荷，对摩托车通过国家 B 级路面和凸台两种工况下系统的平顺特性进行了仿真分析；基于汽车相关标准，结合摩托车振动高频不能忽视的特点和仿真分析以及道路实验研究，提出了摩托车振动平顺性评价方法，并进行了实例研究。实例研究表明，某摩托车的起步加速对俯仰角加速度变化影响较小，加速过程比较稳定，前后悬架刚度、阻尼匹配较好；整车系统的模态分析结果表明该车前12阶系统模态密集；出现了对车架强度和驾驶安全性影响较大的扭转模态，且座垫处变形较大，使驾驶员的驾乘舒适性受到影响。通过增加局部刚度、在发动机安装处增加弹簧垫圈等措施，提高系统固有频率，改变了整车系统对人体有害的频率和模态；应用提出的摩托车振动平顺性评价方法对通过国家 B 级路面和通过凸台的工况的平顺特性进行了研究，摩托车在发动机激励和随机路面激励下，在发动机某中等转速时整车发生局部共振，但能量级较小，对驾驶人员以及车体的影响不大；车速在某中高速时座垫处有共振现象，并进行了实验验证；摩托车通过凸台时，座垫处振动呈瞬间衰减趋势，在持续 1 秒后就基本上已处于稳定状态，表明该车减振性能良好。车身由于弹性阻尼系统的作用，振动相对滞后且强度有所减缓，表明仿真与实际情况比较相符。通过改变前后悬架刚度对摩托车的平顺特性进行优化分析，表明在一定范围内减小摩托车的前后悬架刚度，可以减小驾驶员质心的振动、改善摩托车驾驶员的乘坐舒适性，为摩托车整车开发及动态性能优化设计提供理论依据。论文的研究结论对摩托车整车开发以及动态性能优化具有指导意义。
作者：	黄泽好
专业：	机械设计及理论
导师：	朱才朝
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文