随机路面不平度对重型车辆性能影响规律的仿真分析
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 交通运输基础工程的发展 1
1.3 国内外研究现状 2
1.4 研究目的和意义 3
2 车辆的建模仿真 3
2.1 汽车动力学 3
2.2 车辆的简化分析 4
2.3 车辆的简化分析 6
2.4 ADAMS软件建模 10
2.5 汽车的行驶平顺性 14
2.6 模型的仿真分析 15
3 车辆参数优化改进 18
3.1 优化的依据 18
3.2 优化后的仿真实验及结果 18
结论 22
致谢 23
参 考 文 献 24
1 引言
1.1 课题研究背景
交通运输是国民经济发展的主要载体，是经济发展中不可或缺的组成部分，现阶段全面建设小康社会对于交通运输来说是一个巨大的挑战，交通科技的发展面临着重大战略需求。汽车和道路是交通运输的主要组成部分，两者矛盾的同时又相互统一，彼此促进与发展。尽管汽车诞生至今才仅仅一个多世纪，但其发展速度迅猛，为与之相适应，道路施工技术也得到了发展。由于历史原因，我国的汽车工业起步较晚，而且建国初期经济实力相当薄弱，工业生产力不足，对于生产要求较高的汽车工业更是举步维艰，得益于政策上的鼓励在80年代后期重型车辆的产量才有所上升，尤其是1993年至2004年汽车产量与日俱增。这一时期重型车辆也出现了主导产品：如解放的三轴重型卡车、东风杭州日产柴推出的大拇指重卡、中国重汽的斯太尔王、北汽福田的欧曼系列等。
1.2 交通运输基础工程的发展
截至 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2014年年末，全国公路总里程高达446.39万公里，公路密度达到46.50公里/百平方公里，公路养护里程约435.38万公里，占公路总里程97.5%；全国高速公路里程达到11.19万公里，其中，国家高速公路占7.31万公里，全国高速公路车道里程49.56万公里，而且增速仍然很快。高等级公路的建设和发展带动了大型客车和货车的发展。目前，公路货运量超过了铁路货运量，成为货运主要方式，物流等行业的飞速发展更是提高了公路货运量。重型载货汽车是高速货运的主体，同时集装箱运输车和其它专用半挂车也在发展，这是很明显的。
路面受重型车辆冲击载荷下的动态响应是目前研究的热点,是进行车辆—路面友好设计和路面结构动态设计的基础,是解释和解决现有多种沥青路面破坏问题的必要手段[1]。近几年对于车辆-路面系统动力学问题的研究都没有考虑将车路作为一个整体来研究，而是把车辆和路面分开独立研究，将路面不平顺视为外界荷载,直接计算轮胎动力,研究该动荷载作用下车辆和路面的动力响应。路面的力学响应反馈给车辆本身,并影响着车辆的运行。两者相互影响，所以分开单独研究是不科学的。
我国自1958年开始发展重型载货汽车以来，重载汽车工业的发展正逐步趋于完善。伴随着国内公路的快速发展，路面状况逐渐改善，重载汽车在长途货运方面的经济性优势逐渐凸显出来。
1.3 国内外研究现状
随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的要求不再仅仅是简单的可用，而是提出了对对舒适性、可靠性和安全性的要求，达到这些目标离不开汽车系统动力学的研究。汽车系统动力学研究的是所有与汽车相关的的学科，涉及范围较广包括车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还包括了汽车在垂向和横向的动力学内容，这一研究对于工作强度很高的重型车辆尤为重要。直到上世纪30年代，人们才开始关注车辆的转向、稳定性和悬架动力学，早期的代表人物有Maurice和Segel。Huh利用MATLAB建立了一个18个自由度的六轴驱动重型车辆模型，同时考虑到了悬架和轮胎力的非线性，并在时域和频域范围内进行了仿真,发现绕中轴转向对横摆角速度和侧向加速度的影响不得忽视。
1.3.1 国内研究的发展
国内对重型汽车的线性模型研究相对来说比较多，但是对于非线性模型的研究领域还几乎没人涉足。上世纪70年代末才我国引入系统动力学。于1986年成立系统动力学学会筹委会，四年后该筹委会正式成立为国际系统动力学学会中国分会。1993年中国系统工程学会系统动力学专业委员会正式成立。在30年时间里在杨通谊先生、王其泛教授、许庆瑞教授和胡玉奎、陶在朴、贾仁安等专家学者的专心研究下取得了飞速发展。
1.3.2 国内外研究方式的发展方向
随着计算机技术及应用软件的开发,功能化虚拟样机技术的应用范围越来越广,使得建立的车辆模型越来越复杂，仿真的精确性越来越高。20世纪70年代，汽车的整车动态仿真在国外发展起来，建成了复杂程度不同的仿真模型。一定程度上代替了原有的使用真车进行实验的工作，不仅节省了时间提高了工作效率，还节约了大量的成本。具有代表性的动力学软件有美国MSC公司的ADAMS、德国INTEC Gmbh公司的simpack和trucksim等。Ieluzzi等人通过建立重在车辆模型对其运动进行仿真，研究了悬架在车辆振动控制中的作用；国内的赵京、张俊友等建立了基于线性的重型车模型，研究分析了车辆的侧向响应；刘兴初利用pacejka轮胎模型建立了非线性的三个自由度四轮侧向动力学模型，仿真并且研究了移线和蛇形实验[2]。
1.4 研究目的和意义
目前对车辆车路耦合作用的研究主要集中在客车和轿车上，针对重型车辆的研究相对还是很少的。重型车辆的工作强度高，工作环境通常比较恶劣，工作过程中振动强烈，不仅严重影响了驾乘人员的舒适性更是对整车可靠性的一大考验，同时也影响了车辆的工作效率。目前，重型车辆总体上的发展趋势是高速化、重载化、高胎压等，这些对汽车的制动性、操纵稳定性和行驶平顺性等动力学性能提出了更高的要求。传统的重载汽车的设计偏向于增加载货量，忽略了平顺性和可靠性的研究[1]。
对重型车辆车路耦合性的研究，在经济高速发展的时代，可以极高的提高工作效率，保证运输效率的同时既保证了驾乘人员的舒适性也减少了车辆的损坏。每年我国因重型车辆造成的交通事故而造成的经济损失是相当可观的。大量采用重型车一方面是提高了运输效率，降低了运输成本，同时也加速了路面的破坏，每年因道路损坏造成的损失也相当可观[3]。
对于重型车辆车路耦的研究在保证了公路运输的安全可靠的同时，又促进了车辆经济性的提高。
2 车辆的建模仿真
2.1 汽车动力学
汽车动力学是汽车理论的四个研究方向之一，是以汽车理论汽车构造为专业基础，运用力学分析的方法配合数学计算，在动力学领域对汽车的使用性能进行主要研究，为汽车设计提供参考[4]。
2.1.1 汽车动力学的研究方向
动力学的研究主要包含轮胎力学、空气动力学、驱动动力学、制动动力学、行驶动力学和操纵动力学[5]。本文主要从汽车的行驶动力学做研究，从汽车行驶的平顺性进行分析。车辆行驶动力学的研究目的就是使车辆获得良好的行驶平顺性，而车辆在行驶过程中的平顺性不单单是取决于车辆的振动特性，还取决于驾乘人员的身体反应，这种评价方法就是“路面—车辆—人”的综合评价，这就需要对这车—路系统进行联合仿真[6]。
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 交通运输基础工程的发展 1
1.3 国内外研究现状 2
1.4 研究目的和意义 3
2 车辆的建模仿真 3
2.1 汽车动力学 3
2.2 车辆的简化分析 4
2.3 车辆的简化分析 6
2.4 ADAMS软件建模 10
2.5 汽车的行驶平顺性 14
2.6 模型的仿真分析 15
3 车辆参数优化改进 18
3.1 优化的依据 18
3.2 优化后的仿真实验及结果 18
结论 22
致谢 23
参 考 文 献 24
1 引言
1.1 课题研究背景
交通运输是国民经济发展的主要载体，是经济发展中不可或缺的组成部分，现阶段全面建设小康社会对于交通运输来说是一个巨大的挑战，交通科技的发展面临着重大战略需求。汽车和道路是交通运输的主要组成部分，两者矛盾的同时又相互统一，彼此促进与发展。尽管汽车诞生至今才仅仅一个多世纪，但其发展速度迅猛，为与之相适应，道路施工技术也得到了发展。由于历史原因，我国的汽车工业起步较晚，而且建国初期经济实力相当薄弱，工业生产力不足，对于生产要求较高的汽车工业更是举步维艰，得益于政策上的鼓励在80年代后期重型车辆的产量才有所上升，尤其是1993年至2004年汽车产量与日俱增。这一时期重型车辆也出现了主导产品：如解放的三轴重型卡车、东风杭州日产柴推出的大拇指重卡、中国重汽的斯太尔王、北汽福田的欧曼系列等。
1.2 交通运输基础工程的发展
截至 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2014年年末，全国公路总里程高达446.39万公里，公路密度达到46.50公里/百平方公里，公路养护里程约435.38万公里，占公路总里程97.5%；全国高速公路里程达到11.19万公里，其中，国家高速公路占7.31万公里，全国高速公路车道里程49.56万公里，而且增速仍然很快。高等级公路的建设和发展带动了大型客车和货车的发展。目前，公路货运量超过了铁路货运量，成为货运主要方式，物流等行业的飞速发展更是提高了公路货运量。重型载货汽车是高速货运的主体，同时集装箱运输车和其它专用半挂车也在发展，这是很明显的。
路面受重型车辆冲击载荷下的动态响应是目前研究的热点,是进行车辆—路面友好设计和路面结构动态设计的基础,是解释和解决现有多种沥青路面破坏问题的必要手段[1]。近几年对于车辆-路面系统动力学问题的研究都没有考虑将车路作为一个整体来研究，而是把车辆和路面分开独立研究，将路面不平顺视为外界荷载,直接计算轮胎动力,研究该动荷载作用下车辆和路面的动力响应。路面的力学响应反馈给车辆本身,并影响着车辆的运行。两者相互影响，所以分开单独研究是不科学的。
我国自1958年开始发展重型载货汽车以来，重载汽车工业的发展正逐步趋于完善。伴随着国内公路的快速发展，路面状况逐渐改善，重载汽车在长途货运方面的经济性优势逐渐凸显出来。
1.3 国内外研究现状
随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的要求不再仅仅是简单的可用，而是提出了对对舒适性、可靠性和安全性的要求，达到这些目标离不开汽车系统动力学的研究。汽车系统动力学研究的是所有与汽车相关的的学科，涉及范围较广包括车辆纵向运动及其子系统的动力学响应，还包括了汽车在垂向和横向的动力学内容，这一研究对于工作强度很高的重型车辆尤为重要。直到上世纪30年代，人们才开始关注车辆的转向、稳定性和悬架动力学，早期的代表人物有Maurice和Segel。Huh利用MATLAB建立了一个18个自由度的六轴驱动重型车辆模型，同时考虑到了悬架和轮胎力的非线性，并在时域和频域范围内进行了仿真,发现绕中轴转向对横摆角速度和侧向加速度的影响不得忽视。
1.3.1 国内研究的发展
国内对重型汽车的线性模型研究相对来说比较多，但是对于非线性模型的研究领域还几乎没人涉足。上世纪70年代末才我国引入系统动力学。于1986年成立系统动力学学会筹委会，四年后该筹委会正式成立为国际系统动力学学会中国分会。1993年中国系统工程学会系统动力学专业委员会正式成立。在30年时间里在杨通谊先生、王其泛教授、许庆瑞教授和胡玉奎、陶在朴、贾仁安等专家学者的专心研究下取得了飞速发展。
1.3.2 国内外研究方式的发展方向
随着计算机技术及应用软件的开发,功能化虚拟样机技术的应用范围越来越广,使得建立的车辆模型越来越复杂，仿真的精确性越来越高。20世纪70年代，汽车的整车动态仿真在国外发展起来，建成了复杂程度不同的仿真模型。一定程度上代替了原有的使用真车进行实验的工作，不仅节省了时间提高了工作效率，还节约了大量的成本。具有代表性的动力学软件有美国MSC公司的ADAMS、德国INTEC Gmbh公司的simpack和trucksim等。Ieluzzi等人通过建立重在车辆模型对其运动进行仿真，研究了悬架在车辆振动控制中的作用；国内的赵京、张俊友等建立了基于线性的重型车模型，研究分析了车辆的侧向响应；刘兴初利用pacejka轮胎模型建立了非线性的三个自由度四轮侧向动力学模型，仿真并且研究了移线和蛇形实验[2]。
1.4 研究目的和意义
目前对车辆车路耦合作用的研究主要集中在客车和轿车上，针对重型车辆的研究相对还是很少的。重型车辆的工作强度高，工作环境通常比较恶劣，工作过程中振动强烈，不仅严重影响了驾乘人员的舒适性更是对整车可靠性的一大考验，同时也影响了车辆的工作效率。目前，重型车辆总体上的发展趋势是高速化、重载化、高胎压等，这些对汽车的制动性、操纵稳定性和行驶平顺性等动力学性能提出了更高的要求。传统的重载汽车的设计偏向于增加载货量，忽略了平顺性和可靠性的研究[1]。
对重型车辆车路耦合性的研究，在经济高速发展的时代，可以极高的提高工作效率，保证运输效率的同时既保证了驾乘人员的舒适性也减少了车辆的损坏。每年我国因重型车辆造成的交通事故而造成的经济损失是相当可观的。大量采用重型车一方面是提高了运输效率，降低了运输成本，同时也加速了路面的破坏，每年因道路损坏造成的损失也相当可观[3]。
对于重型车辆车路耦的研究在保证了公路运输的安全可靠的同时，又促进了车辆经济性的提高。
2 车辆的建模仿真
2.1 汽车动力学
汽车动力学是汽车理论的四个研究方向之一，是以汽车理论汽车构造为专业基础，运用力学分析的方法配合数学计算，在动力学领域对汽车的使用性能进行主要研究，为汽车设计提供参考[4]。
2.1.1 汽车动力学的研究方向
动力学的研究主要包含轮胎力学、空气动力学、驱动动力学、制动动力学、行驶动力学和操纵动力学[5]。本文主要从汽车的行驶动力学做研究，从汽车行驶的平顺性进行分析。车辆行驶动力学的研究目的就是使车辆获得良好的行驶平顺性，而车辆在行驶过程中的平顺性不单单是取决于车辆的振动特性，还取决于驾乘人员的身体反应，这种评价方法就是“路面—车辆—人”的综合评价，这就需要对这车—路系统进行联合仿真[6]。
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