车路系统动力学仿真分析(附件)【字数：12268】
摘 要摘 要汽车作为21世纪最主要的交通方式之一已经越来越普及。随着我国现代化步伐的不断加快，各式各样的私家车已经遍布大街小巷。与此同时汽车制造业蓬勃发展，研究汽车与道路之间联系的车路系统动力学也进入了更多人的视野中。从广义上来说，车路系统动力学不仅仅是车路系统的物理建模和数学建模这么简单，而是包含了关于车辆和道路的一切研究问题的学科。这其中就涉及到了由路面不平度而产生的汽车振动问题。由于路面和汽车自身的原因，汽车在行驶过程中的振动不可避免，但这些振动的产生往往会给汽车本身和车内乘客造成持续性的影响。因此，在汽车工业日益发达的今天，汽车在行驶过程中的垂直动载荷研究在交通领域中具有极其重大的意义。针对由于路面激励而引起的汽车振动问题现在最便捷的方法就是利用先进的计算机科学进行力学仿真。用ADAMS软件对赛欧SCX进行建模并用MATLAB软件编写卵石路面的路面文件，随后导入到已经建好的整车模型中进行运动仿真。数据处理后与实际轮胎进行对比，图像存在一定误差，但大体结果相近。虽然研究仍有部分提升空间，但依然能给减少汽车振动的解决之道提供些许参考。关键词车路系统动力学；路面不平度；垂直动载荷；仿真分析
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 车路系统动力学的研究意义 2
1.2.1 用于进行车路室内模拟实验 2
1.2.2 用于检测汽车合适的维修时机 3
1.2.3 用于防止路面早期破坏 3
1.2.4 用于研究路面不平度以寻找减少汽车振动的方法 3
1.3 车路系统动力学的研究现状及存在的问题 4
1.4 主要研究内容及总体方案设计 5
1.5 本章小结 5
第二章 基于ADAMS的赛欧SCX整车模型建模 7
2.1 引言 7
2.2 建模前准备工作 7
2.3 赛欧SCX型汽车模型建模 10
2.3.1 建立车身质量块 11
2.3.2 取点操作 11
2.3.3 车轮建模 12
2.3.4 弹簧连接 12
2.3.5 添加平移副 13
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2.4 本章小结 14
第三章 基于MATLAB的路面文件编写 15
3.1 引言 15
3.2 编写路面文件前的准备工作 15
3.3 路面要求 16
3.4 编写路面程序及生成路面文件 17
3.4.1 路面分析 17
3.4.2 源程序及路面文件的生成 17
3.5 本章小结 20
第四章 运动仿真与频谱分析 21
4.1 引言 21
4.2 基于ADAMS/View的整车模型运动仿真 21
4.2.1 导入路面文件并添加激励 21
4.2.2 基于卵石路面激励的运动仿真 22
4.2.3 导出仿真数据 23
4.3 基于MATLAB的垂直动载荷数据分析比较 23
4.3.1 车轮的垂直动载荷 23
4.3.2 傅里叶变换 23
4.3.3 数据处理程序与运行结果 24
4.4 误差原因分析 27
4.5 本章小结 28
结论 29
致谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 引言
车路系统动力学在100多年前最先由英国的兰彻斯特、美国的奥利和法国的布鲁利耶三名科学家提出，是一门近代发展起来的新兴学科。车路系统动力学本质上是将汽车和道路看作为一个完整的动态系统并对其中某方面特性进行分析计算的一门科学，旨在通过讨论其物理模型和数学模型以及对激励的响应情况从而对车路系统的内在关系以及运动规律进行定向研究。
车路系统动力学中的所谓系统可分为两大类，当系统中各变量相对时间保持恒定时，称之为静态系统，反之则为动态系统。严格意义上来说真正的静态系统是没有的，而且根据静态系统来计算分析得出的结果往往是片面或是错误的。所以动态系统是车路系统动力学的主要研究对象。而动态系统的数值是随时间的变化而变化的，是时域描述的函数，虽然计算起来比静态系统的计算更为复杂，但也更为必要，因为从动态的角度去分析问题可以考虑到更多实际因素的干扰和不稳定性，更具有研究价值。
随着科学的发展，科学家们逐步建立了较为完整汽车操控和系统动力学的基础理论体系，在上世纪末德国的米利肯的《汽车动力学》和美国的吉莱斯皮的《汽车动力学基础》标志着该门学科步入了成熟期［1］。在近几年因为汽车工业和计算机仿真科技的高速发展，该学术领域及其相关的技术更是有了重大的突破。
车路系统动力学研究的主要内容就是把汽车看作是一个整体，研究其数学模型和物理模型得出其对于路面激励的响应情况，根据结果分析得出汽车运动与其所受到的外部激励之间的关系以及汽车的性能与路面设计参数之间的内在联系，并为道路和汽车最优设计参数的选取提供规律和理论依据。从广义上来说，车路系统动力学涵盖了所有与汽路系统相关的研究，其大致可以分为：车辆路面力学、车辆轮胎力学、车辆空气动力学、车辆操纵动力学、人机交互工程学等，其中最核心的是汽车行驶的平稳性和操作的稳定性两大领域。近年来车路系统动力学研究主要集中在如何选择合适的设计参数使汽车行驶的平稳性提高，并改善驾驶员及乘客乘坐的舒适性。一般认为，汽车的平稳性研究主要以影响车身垂直、俯仰、侧倾振动的因素为研究对象，汽车的操作稳定性研究主要以影响汽车按照预定方向行驶的因素为主要研究对象。而本文重点研究的赛欧SCX通过卵石路面时的车身垂直动载荷变化就包括在汽车平顺性研究之中。
1.2 车路系统动力学的研究意义
随着世界经济的发展，人们对便捷交通的要求日益提高，国内外都表现出交通流量需求增大、汽车吨位提高、平均车速加快、交通事故频发、道路维修费用日益增加等等特点。现在这种状况的出现不仅对汽车车型的设计提出了更高的要求，也对路面建设的安全性、稳定性、可经营耐久性以及维修的便捷程度提出了更高的要求。虽然世界的汽车工业已经达到了一定高度，不过人们用来解决汽车与道路相互影响的实际问题的科学手段却十分有限，车路系统动力学便是其中最高效的手段之一。
总所周知，汽车是一个极其复杂的机械系统，当其处于行驶状态时，由路面激励、发动机运转、车轮部件的位移与摩擦以及人为因素引起的振动不可避免，这些振动在日常生活中往往被人忽略，然而从长远角度看它们不仅会影响汽车的性能和寿命以及行驶过程中的安全性和舒适性，甚至威胁到驾驶员的心情和健康［2］。因此研究路面对汽车行驶过程中产生振动的影响以及如何最大程度的减轻或减少汽车的振动成为汽车行业最为热门的话题之一，而研究这个问题，自然少不了车路系统动力学这一科学手段。
1.2.1 用于进行车路室内模拟实验
随着国民生活水平的提高，人们对于便捷交通工具的需求与交通流量不足的现状之间的矛盾日益冲突，于是国家逐步加大对汽车行业的投入和支持，所以几年来我国汽车行业发展迅猛。如今的汽车行业已经成为国家经济命脉中不可或缺的一部分，与我国制造业、服务业等国民行业息息相关，但与此同时在世界经济一体化的大环境下，面对各国同行的竞争，我国政府也给汽车行业提出了更高的要求，其中主要包括发展具备自主研发知识产权的平台产品研发能力和整车开发能力等。汽车研发的一个重要手段是进行汽车道路实验。汽车道路实验共有3种实验形式，利用室外道路进行实验、利用限制条件的汽车实验场进行实验和利用计算机进行模拟仿真实验。其中室内模拟仿真实验相比其它两个拥有可有效缩短实验周期、节省实验经费，实验结果重复性好、精度高等特点，还可以排除天气和人为因素的影响，并且实验过程的可控性较好、便于对比同时也满足了大企业对于样品保密的要求。如今汽车零部件的设计、样机的性能检测以及新车出厂前的磨合、检漏都离不开室内道路模拟实验。室内道路模拟实验已成为近代汽车研发必不可少的手段之一。而室内道路模拟实验的核心便是车路系统动力学。车路系统动力学为室内道路模拟实验提供了必要的理论依据，车路系统动力学的发展必能促进室内道路模拟实验软件的革新，从而为车辆以及道路的研究设计带来新的飞跃。
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第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 车路系统动力学的研究意义 2
1.2.1 用于进行车路室内模拟实验 2
1.2.2 用于检测汽车合适的维修时机 3
1.2.3 用于防止路面早期破坏 3
1.2.4 用于研究路面不平度以寻找减少汽车振动的方法 3
1.3 车路系统动力学的研究现状及存在的问题 4
1.4 主要研究内容及总体方案设计 5
1.5 本章小结 5
第二章 基于ADAMS的赛欧SCX整车模型建模 7
2.1 引言 7
2.2 建模前准备工作 7
2.3 赛欧SCX型汽车模型建模 10
2.3.1 建立车身质量块 11
2.3.2 取点操作 11
2.3.3 车轮建模 12
2.3.4 弹簧连接 12
2.3.5 添加平移副 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2.4 本章小结 14
第三章 基于MATLAB的路面文件编写 15
3.1 引言 15
3.2 编写路面文件前的准备工作 15
3.3 路面要求 16
3.4 编写路面程序及生成路面文件 17
3.4.1 路面分析 17
3.4.2 源程序及路面文件的生成 17
3.5 本章小结 20
第四章 运动仿真与频谱分析 21
4.1 引言 21
4.2 基于ADAMS/View的整车模型运动仿真 21
4.2.1 导入路面文件并添加激励 21
4.2.2 基于卵石路面激励的运动仿真 22
4.2.3 导出仿真数据 23
4.3 基于MATLAB的垂直动载荷数据分析比较 23
4.3.1 车轮的垂直动载荷 23
4.3.2 傅里叶变换 23
4.3.3 数据处理程序与运行结果 24
4.4 误差原因分析 27
4.5 本章小结 28
结论 29
致谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 引言
车路系统动力学在100多年前最先由英国的兰彻斯特、美国的奥利和法国的布鲁利耶三名科学家提出，是一门近代发展起来的新兴学科。车路系统动力学本质上是将汽车和道路看作为一个完整的动态系统并对其中某方面特性进行分析计算的一门科学，旨在通过讨论其物理模型和数学模型以及对激励的响应情况从而对车路系统的内在关系以及运动规律进行定向研究。
车路系统动力学中的所谓系统可分为两大类，当系统中各变量相对时间保持恒定时，称之为静态系统，反之则为动态系统。严格意义上来说真正的静态系统是没有的，而且根据静态系统来计算分析得出的结果往往是片面或是错误的。所以动态系统是车路系统动力学的主要研究对象。而动态系统的数值是随时间的变化而变化的，是时域描述的函数，虽然计算起来比静态系统的计算更为复杂，但也更为必要，因为从动态的角度去分析问题可以考虑到更多实际因素的干扰和不稳定性，更具有研究价值。
随着科学的发展，科学家们逐步建立了较为完整汽车操控和系统动力学的基础理论体系，在上世纪末德国的米利肯的《汽车动力学》和美国的吉莱斯皮的《汽车动力学基础》标志着该门学科步入了成熟期［1］。在近几年因为汽车工业和计算机仿真科技的高速发展，该学术领域及其相关的技术更是有了重大的突破。
车路系统动力学研究的主要内容就是把汽车看作是一个整体，研究其数学模型和物理模型得出其对于路面激励的响应情况，根据结果分析得出汽车运动与其所受到的外部激励之间的关系以及汽车的性能与路面设计参数之间的内在联系，并为道路和汽车最优设计参数的选取提供规律和理论依据。从广义上来说，车路系统动力学涵盖了所有与汽路系统相关的研究，其大致可以分为：车辆路面力学、车辆轮胎力学、车辆空气动力学、车辆操纵动力学、人机交互工程学等，其中最核心的是汽车行驶的平稳性和操作的稳定性两大领域。近年来车路系统动力学研究主要集中在如何选择合适的设计参数使汽车行驶的平稳性提高，并改善驾驶员及乘客乘坐的舒适性。一般认为，汽车的平稳性研究主要以影响车身垂直、俯仰、侧倾振动的因素为研究对象，汽车的操作稳定性研究主要以影响汽车按照预定方向行驶的因素为主要研究对象。而本文重点研究的赛欧SCX通过卵石路面时的车身垂直动载荷变化就包括在汽车平顺性研究之中。
1.2 车路系统动力学的研究意义
随着世界经济的发展，人们对便捷交通的要求日益提高，国内外都表现出交通流量需求增大、汽车吨位提高、平均车速加快、交通事故频发、道路维修费用日益增加等等特点。现在这种状况的出现不仅对汽车车型的设计提出了更高的要求，也对路面建设的安全性、稳定性、可经营耐久性以及维修的便捷程度提出了更高的要求。虽然世界的汽车工业已经达到了一定高度，不过人们用来解决汽车与道路相互影响的实际问题的科学手段却十分有限，车路系统动力学便是其中最高效的手段之一。
总所周知，汽车是一个极其复杂的机械系统，当其处于行驶状态时，由路面激励、发动机运转、车轮部件的位移与摩擦以及人为因素引起的振动不可避免，这些振动在日常生活中往往被人忽略，然而从长远角度看它们不仅会影响汽车的性能和寿命以及行驶过程中的安全性和舒适性，甚至威胁到驾驶员的心情和健康［2］。因此研究路面对汽车行驶过程中产生振动的影响以及如何最大程度的减轻或减少汽车的振动成为汽车行业最为热门的话题之一，而研究这个问题，自然少不了车路系统动力学这一科学手段。
1.2.1 用于进行车路室内模拟实验
随着国民生活水平的提高，人们对于便捷交通工具的需求与交通流量不足的现状之间的矛盾日益冲突，于是国家逐步加大对汽车行业的投入和支持，所以几年来我国汽车行业发展迅猛。如今的汽车行业已经成为国家经济命脉中不可或缺的一部分，与我国制造业、服务业等国民行业息息相关，但与此同时在世界经济一体化的大环境下，面对各国同行的竞争，我国政府也给汽车行业提出了更高的要求，其中主要包括发展具备自主研发知识产权的平台产品研发能力和整车开发能力等。汽车研发的一个重要手段是进行汽车道路实验。汽车道路实验共有3种实验形式，利用室外道路进行实验、利用限制条件的汽车实验场进行实验和利用计算机进行模拟仿真实验。其中室内模拟仿真实验相比其它两个拥有可有效缩短实验周期、节省实验经费，实验结果重复性好、精度高等特点，还可以排除天气和人为因素的影响，并且实验过程的可控性较好、便于对比同时也满足了大企业对于样品保密的要求。如今汽车零部件的设计、样机的性能检测以及新车出厂前的磨合、检漏都离不开室内道路模拟实验。室内道路模拟实验已成为近代汽车研发必不可少的手段之一。而室内道路模拟实验的核心便是车路系统动力学。车路系统动力学为室内道路模拟实验提供了必要的理论依据，车路系统动力学的发展必能促进室内道路模拟实验软件的革新，从而为车辆以及道路的研究设计带来新的飞跃。
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