非平稳路面激励下整车动力学建模与仿真

为研究非平稳路面激励下整车振动特性,以汽车行驶平顺性为控制目标,建立非平稳路面时域模型及整车振动模型。运用滤波白噪声的方法生成随机路面轮廓,并对非平稳路面下汽车前后轮激励进行时域特性分析,结果表明非平稳路面激励具有低频波动特性。最后以车辆行驶动力学和操纵动力学的理论为基础,建立整车振动动力学方程,借助Matlab/Simulink建立振动仿真模型,得出在非平稳路面激励下,适当的调整前后悬架刚度和阻尼,可提高汽车的乘坐舒适性。     

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后,获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据,利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值,并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明:车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加,随路面等级变差呈非线性增大,路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

汽车-路面-路基系统动态响应及参数分析

为了研究汽车与公路路面的相互作用机理,采用二自由度四分之一汽车悬架模型模拟汽车系统,用无限长Bernoulli-Euler梁模拟公路路面,用Kelvin黏弹性地基模拟公路路基,同时对汽车和路面建模,构成二维汽车-路面-路基系统.通过线性振动理论、积分变换和广义杜哈梅积分得到了汽车和路面的动力响应解析解及路面响应在时间域和空间域的分布规律.另外,分析了车速、地基反应模量、地基阻尼系数、悬架刚度、悬架阻尼、轮胎刚度和轮胎阻尼7个参数对路面动力响应的影响.结果表明,地基反应模型的影响最大,而车速的影响与地基阻尼系数密切相关.     

车辆动荷载下沥青路面力学响应分析

为了分析路面结构在行车动荷载作用下的力学响应,建立了单自由度1/4车辆模型和以正弦曲线模拟路面不平整度的模型,通过将不同路面状况和行车速度的组合,分析车辆在各情形下所产生的动荷载,发现路面传给车辆的激励振动频率接近车辆自身振动频率时,车辆对路面产生的动荷载值最大.采用ANSYS静态和瞬态三维有限元方法,计算车辆在静态以及不同速度、不同路面状况下沥青路面面层层底水平拉应变和面层内最大压应变,总体来看采用静态荷载进行路面结构设计是偏安全的.     

路面不平整引起的车辆动载计算方法

为了分析不平整路面上行驶车辆的动载特性,研究了西宝高速公路平整度实测结果,用正弦曲线模拟路面表面,建立了考虑汽车侧倾因素和轮胎阻尼的四自由度车辆振动模型,利用模态理论和编程计算对车辆振动模型在不同路面波长、不同振幅、不同行车速度及左右车轮激励不同时的动载进行了分析和求解,给出了车辆在不平整路面上行驶时产生的动载计算方法。计算结果表明:波形路面上产生的动荷载沿路线纵向呈波形分布,在路面上行驶的车辆对路面可能产生很大的动荷载,最大动荷载系数可达到2.0以上。     

路面典型局部变形激励下的振动舒适性评价

为研究沥青路面局部变形对行驶质量的影响,对路面养护管理中常见的错台型、双断面型和曲面型3类局部变形激励下的振动舒适性进行了评价.首先,建立了局部变形的纵断面简化模型,并基于1/4车理论推导出路面局部变形激励下的人体竖向加速度时域表达式;其次,设计频率加权滤波器对竖向加速度进行滤波,得到瞬时频率加权加速度,从而求解出不同...     

路面随机激励下的汽车振动仿真分析

基于某车参数建立汽车5自由度线性振动模型,模型中引入了后轮滞后路面随机激励,采用MMATLAB/SIMULINK对整车振动进行仿真模拟,将前后悬架刚度改进前后的车身和座椅处的加速度、悬架动挠度及车轮动位移4项指标进行对比分析,进而对前后悬架刚度进行优化,从而改善车辆平顺性和乘坐舒适性,可为车辆平顺性设计提供参考。     

列车荷载作用下矮塔斜拉桥索梁振动的相关性

为探讨不同列车速度下矮塔斜拉桥斜拉索振动与桥梁整体振动之间的相关性,基于列车-线路-桥梁耦合振动理论与动力学模型,以某主跨115 m+95 m的铁路矮塔斜拉桥为工程背景,考虑斜拉索与桥梁整体结构之间的相互作用,通过数值积分得到梁体、桥塔振动响应以及斜拉索局部振动响应.结果表明:列车荷载作用下索梁振动相关性问题实质上是一个能量传递过程,当拉索端点位移激励频率与其自振频率接近时,能量易于在索梁间传递;当列车以225~350 km/h的设计时速通过桥梁、列车荷载的激励频率与斜拉索自振频率接近时,斜拉索在外激励作用下会产生共振,但共振幅值不大(斜拉索局部振动幅值小于3 mm).      

九自由度乘坐动力学模型的人体振动特性仿真

为高效预测动态环境下人-车系统的人体振动响应特性及汽车乘坐舒适性,依据人-车-路系统间的相互作用和多体动力学原理,建立了9自由度汽车乘坐动力学模型,应用拉格朗日原理推导了乘坐动力学方程。基于路面不平度激励及汽车行驶速度变化,构建了路面随机激励的时域模型。利用MATLAB/Simulink仿真工具,建立了人-车-路系统仿真模型,并对某轻型车辆在不同路面、不同车速下的人体振动响应进行了仿真分析。仿真结果表明:在同样车速下,随着路面等级的降低,人体各部位的加速度响应幅值明显增大;当车辆行驶在随机路面上时,路面不平度随机激励引起的人体振动能量主要集中在低频段,约在5Hz出现第1阶共振频率,大约在10Hz出现第2阶峰值,这与众多试验结果一致。可见,9自由度汽车乘坐动力学模型及其仿真模型,不仅能快速计算动态激励下人体的振动特性和乘坐舒适性,而且具有较好的可信度。     

基于人-车-路耦合振动系统的儿童乘坐舒适性

根据拉格朗日原理,建立了基于人-车-路耦合振动的12自由度动力学数学模型;借助MATLAB/Simulink平台,分析车速、路面不平度、汽车前后轮迟滞性及左右轮相干性的特点;构建了随机路面激励时域模型;采用时域和频域分析了在不同路面及不同车速下汽车对儿童头部、臀部振动影响。研究表明:通过提高路面等级及车速可以提高儿童的乘坐舒适性;儿童对5～10 Hz的低频及15,23 Hz的中频振动最为敏感;适当地降低座椅刚度、提高阻尼及合理地布置座椅位置可以提高儿童的乘坐舒适性。