基于时域模型的车轮随机动载特性仿真分析

作为随机过程的车辆道路不平度,通用的模拟方法是频域模型,但在对人-车-路系统进行非线性动力学分析研究时,必须获得关于道路的时域模型。本文描述了两种基于路面功率谱模型的道路时域模型重构方法,利用该方法对C级公路路面进行数值模拟,同时建立了汽车的两自由度模型,应用SIMULINK软件仿真分析了车轮的随机动载特性,结果表明分形模型与路面的实际情况接近。     

重型车辆三维随机路面道路友好性仿真

基于谐波叠加法和三角网格法的基本原理,建立了三维随机路面数学模型.将车辆轮胎和钢板弹簧视为柔体,橡胶垫块和限位块简化为具有非线性刚度和阻尼特性的力元,建立了刚柔耦合的重型车辆整车多体动力学模型.在SIMPACK软件中将整车虚拟样机和三维随机路面集成,建立了三维随机路面激励下重型车辆行驶动力学模型.利用动载荷系数、95百分位四次幂和力两种道路友好性评价指标对不同行驶速度的重型车辆整车道路友好性进行分析.结果表明:车辆以60 ～ 90 km/h行驶在B级和C级三维随机路面时,随着车速的提高,中、后两轴车轮的道路友好性下降,前轴车轮的道路友好性并不随车速的增加而下降,在车速超过80 km/h后,道路友好性开始提高;整车随行驶速度的提高,道路友好性下降,B级路面道路友好性下降幅度较小,C级路面道路友好性下降幅度较大.     

车辆随机动载作用下路面动态响应研究

为研究车辆随机动载对半刚性沥青路面性能的影响,利用SIMPACK软件建立了重型载货汽车整车行驶动力学模型,提取了各轴车轮轮胎法向作用力。在此基础上建立了半刚性沥青路面三维有限元分析模型,分析了车辆随机动载作用下路面的动态响应。结果表明,随机动载作用下路面应力变化与车辆轴数有关,当三轴车辆车轮依次通过路面某一确定位置时,路面各层应力出现3次突变,最大应力出现在中、后轴车轮通过时;在车辆行驶区域,路面各点的最大拉、压应力均随车辆行驶距离和轮胎法向作用力不同而随机变化,轮迹中心线路面各点的垂直应力、水平应力、横向应力和水平剪应力变化频率与中、后轴轮胎法向作用力的变化频率相似,横向剪应力的变化频率与前轮的轮胎法向作用力变化频率相似,而轮迹边缘路面各点横向剪应力变化频率与中、后轮的轮胎法向作用力变化频率相似。     

车辆路面不平度输入的随机激励时域模型

作为随机过程的车辆道路不平度高程,通用的模拟方法是频域模型——道路不平度功率谱密度(PSD)。但在对人一车一路系统进行非线性或耦合动力学分析研究时,必须获得关于道路的时域模型。由等级道路的标准谱或实测道路的估计谱反求道路时域模型具有重要的理论意义和实用价值。本文基于道路PSD,描述了几种基于路面功率谱模型的道路时域模型重构方法,阐述了时域建模的原理、特点和适用范围,给出了其数学上的实现过程。最后,指出了道路时域建模进一步研究的方向。     

基于AR模型对路面不平度的时域模拟

基于GB 7031《车辆振动输入路面平度表示方法》中提出的路面功率谱密度表达式,建立了随机信号AR(自回归)模型。应用Matlab仿真软件,对路面不平度时域随机序列进行了仿真分析,并对模拟值与理论值进行了比较。结果表明,AR模型拟合的路面不平度功率谱密度能较好地逼近其理论值,且具有计算量小,模拟精度高的优点,为车辆动态性能模拟与控制研究奠定了基础。     

基于逆变换的路面随机激励对履带车辆平顺性影响分析

利用各种等级随机路面激励对二自由度履带车辆模型所产生的振动响应进行平顺性影响分析。首先采用傅里叶逆变换方法生成路面不平度并进行了功率谱对比反演验证,通过构建二自由度车辆模型并利用Simulink仿真软件建立系统结构图模型,输入不同车速、不同路面下模拟的随机激励,可对履带车辆平顺性影响进行分析。     

软路面有效不平度的理论研究

对刚性轮的轮轴垂直加速度进行二次积分求得软路面的原始不平度,根据轮胎与软路面相互作用时,轮胎和路面的变形特性给出了静载状态下软路面有效不平度的理论预测方法。结某工况下的软路面有效不平度进行了预测,预测结果表明,软路面有效不平度小于原始不平度。     

车辆对路面作用随机动载荷的试验

通过试验对不同载荷和行驶速度的车辆作用于路面的随机动载进行了研究,探讨了车辆空载、满载和超载时产生的随机动载与行驶速度的关系。试验结果表明,空载时动载荷随着行驶速度的增加增幅较大,特别是在车辆高速行驶情况下动载荷明显增大;满载和超载时动载荷随着行驶速度的增加增幅较平缓;在一定的行驶速度下,随着静载增加,动载荷也明显增大,而且超载量越大,动载荷增加越大。     

弯坡路面的车路耦合仿真模型分析

现有的车辆与道路相互作用的研究只是考虑平直路面下路面不平整度引起的车辆动载荷分析,行驶工况对车辆动荷载的影响也很重要。针对车-路耦合作用的特点,运用ADAMS/Car动力学仿真软件,建立重型卡车的多自由度仿真模型和3D弯坡路面模型,分析了弯坡路面和平直路面下车辆对路面的动载荷作用。结果表明:弯坡路面的疲劳破坏程度比平直路面的大。     

基于四轮独立制动及整车模型的VSC系统仿真

利用ADAMS软件建立了具有四轮独立制动的整车多体动力学模型,在Matlab环境中设计了PI控制的车辆稳定性控制(VSC)系统,通过定义ADAMS与Matlab两种软件间的数据交换接口将设计的控制系统模型与整车模型相结合,对带有VSC系统的汽车进行了典型行驶工况下的仿真试验。研究结果为设计车辆动力学稳定性控制系统提供了一种有效的验证方法,弥补了现实物理试验条件的缺乏;并为VSC系统在车辆工程中的实际应用提供了一定参考。     

基于动态仿真的车辆悬架模型搭建

考虑到车辆在实际道路上行驶时不断承受来自路面的高频激励作用,在搭建悬架模型时,传统的线性衬套模型不能充分反应悬架在随机载荷冲击作用下的动态特性。因此,基于柔性多体动力学理论,利用有限元分析软件对衬套模型进行模态分析,生成柔性体衬套模型并搭建样车悬架模型。将试车场采集得到的路面载荷谱作为激励,进行动态仿真及台架试验。分析二者结果可知,该建模方法对于研究悬架动态K&C特性具有一定的参考意义。     

车辆载重检测方法及载荷计量模型研究

通过对现有车辆超载检测方案分析比较,提出了一种基于车辆弹簧钢板形变的超载控制方案;建立了车辆弹簧钢板形变与载荷关系的载荷计量数学模型,利用参数估计算法,实现了对车辆载荷的计量。最后通过matlab对模型和参数估计算法仿真,结果表明系统模型辨识结果能客观反应车辆载荷。     

基于双指数模型的纵向附着系数计算模型

提出了一种含有3个参数的双指数形式的纵向道路附着系数计算模型。与目前应用的一些经验模型相比，该模型具有结构形式简单、需拟合参数少、计算量小的特点，能够较好地描述纵向附着系数随车轮滑移率及其他因素非线性变化的规律。通过仿真计算与试验结果以及与魔术公式拟合结果的比较，验证了该模型的有效性。     

多刚体人体模型及碰撞过程仿真

采用符合中国人体特征的参数，建立16刚体的行人模型，在人体的主要部位生成简易的弹簧阻尼运动关节。并建立汽车模型与汽车-行人碰撞模型，应用ADAMS软件模拟仿真碰撞过程。研究了汽车与行人碰撞过程中的运动学和动力学特性，分析了人体主要部位在受撞击时的加速度响应和碰撞过程中行人行走方向与汽车行驶方向夹角变化时的碰撞响应。     

基于修正Craig-Bampton方法的轮胎动态子结构模型

以轮胎模态试验获取的模态参数和参数化轮胎有限元模型为基础,通过优化方法使有限元模型的计算模态参数与试验模态参数一致,获得动力学等效的轮胎模型,将该模型视作连接车辆与地面的子结构,基于修正的Craig-Bampton方法和轮胎接地界面特性,得到轮胎子结构的主模态集和约束模态集,使用模态综合方法实现轮胎子结构模型与车辆多体动力学模型的耦合,此模型可广泛应用于车辆平顺性仿真和整车动态优化设计.     

汽车平顺性的虚拟样机试验

应用面向整机系统虚拟样机的概念,将研究对象分为悬架、轮胎、路面等模块。用BEAM力将悬架多片板簧简化为一片主板簧或一片主板簧和一片副板簧，用ADAMS的FIALA模型轮胎表示车辆轮眙．根据ISO噪声路面的功率谱参数，设计了车辆行驶的路面文件。同时建立了三维实体虚拟整车模型，实现了虚拟午辆的仿真行驶。虚拟汽车仿真行驶时，能够体现真实车辆的运动学和动力学关系。驾驶员振动加速度仿真值与实测值接近。研究结果表明，对于汽车这一复杂的机器系统．通过在计算机上建立详细的虚拟样机进行平顺性分析是可行的.     

基于车辆坐标系的闭环系统驾驶员模型研究

建立了基于旋转坐标系和车辆坐标系的单点预瞄横向偏差驾驶员模型,圆形路径的仿真计算结果表明,这两种驾驶员模型都能很好地跟踪目标路径,但对车辆的操纵行为却有明显的差异。基于车辆坐标系的驾驶员模型对车辆的控制接近于驾驶员的实际操纵行为,用这类驾驶员模型来进行汽车操纵稳定性的仿真评价才是合适的。     

基于ADAMS和Simulink联合仿真的主动悬架控制

为减少车辆控制系统开发周期和成本，以某皮卡车为研究对象，利用ADAMS／VIEW软件建立了车辆多体动力学模型；基于随机次优控制策略设计了主动悬架控制器，并通过Matlab／Simulink编写了控制算法对其进行联合仿真，通过不断修正控制参数直至得到满意的控制效果。将采用主动悬架系统得到的仿真结果与采用被动悬架系统得到的仿真结果进行了性能对比，结果表明主动悬架系统有效地改善了车辆的行驶性能。