基于TruckSim的重型卡车整车动力学建模与仿真分析

  不论在重型卡车的概念造型、产品设计阶段还是在定型生产阶段,CAE软件仿真分析与实车试验都一样有着重要的意义,CAE仿真已成为现代汽车整车和总成开发不可或缺的工具,对于亟需提升核心竞争力的中国汽车企业来说,掌握CAE先进技术是跨越式提升科研和开发能力的一条重要途径。因此,将CAE仿真技术应用到大吨位、大马力、高效率重型卡车这类高端产品的研发及评价中,具有十分重要的意义。围绕“十一五”国家863“重型商用车集成开发先进技术”课题,本文进行了如下工作:分析了TruckSim软件的建模方法、动力学方程的求解算法、VS solver求解器的求解步骤;针对重型卡车的特点,结合国内外参数化重型卡车动力学建模的原理和思路,重点研究了空气动力学、气压制动系统、转向系统、轮胎系统、整体式车桥悬架系统、动力传动系统（总成）的建模原理,并给出动力学方程;以此动力学仿真软件TruckSim和参数化建模思路为基础,结合实际车型具体描述了上述各个子系统以及车体、载荷建模所需要的特性参数和曲线,同时描述了虚拟可视的3D路面模型;参考一汽CA1253系列6×4重型卡车相关数据,建立了整车动力学模型,结合操纵稳定性和ISO标准对重型卡车的整车性能进行了开、闭环仿真分析。仿真结果表明:该重型卡车模型操稳性能中等偏上,其中转向助力特性最为突出,既保证了操纵力比较轻便,又不会因转向力太小而出现操纵无手感的现象,但是模型受到外来因素干扰时的瞬态响应特性较差,且在低频下就会出现共振,谐振峰水平较高,抗干扰能力较弱。搭建的重型卡车整车动力学模型能够较好的模拟标准提出的各个试验工况,可以用动力学模型代替实车进行整体性能预测与分析。研究为进一步进行底盘匹配与性能优化和整车性能评价,提高整车操纵稳定性和安全性奠定基础。

 

吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校

 

页数：101

 

【学位级别】：硕士

 

文章目录

提要

第1章 绪论

    1.1 重型卡车研发的国内外市场背景与研究现状

        1.1.1 中国汽车市场的发展现状

        1.1.2 重型卡车研发的国内市场背景

        1.1.3 重型卡车研发的国外市场背景

        1.1.4 重型卡车研发的现状

    1.2 CAE在重型卡车上的应用与建模方法

        1.2.1 CAE在汽车研发中应用及意义

        1.2.2 基于CAE的重型卡车动力学建模方法

    1.3 本文的研究内容

第2章 TruckSim的重型卡车动力学建模原理

    2.1 TruckSim分析

        2.1.1 TruckSim简介

        2.1.2 TruckSim整车动力学建模方法

        2.1.3 TruckSim动力学方程求解算法分析

        2.1.4 TruckSim求解器VS solver的工作过程

    2.2 空气动力学建模

        2.2.1 空气动力学参考点及其描述

        2.2.2 空气对汽车作用的力与力矩

    2.3 带ABS系统的气压制动系统建模

        2.3.1 重型卡车制动系统建模总体介绍

        2.3.2 气压式制动气室动力学建模

        2.3.3 制动鼓的力矩特性建模

        2.3.4 制动系统仿真的物理参数

        2.3.5 制动系统ABS控制逻辑模型

        2.3.6 制动系统模型仿真对比

        2.3.7 低速下制动系统模型

    2.4 转向系统建模

        2.4.1 重型卡车转向系统的运动学特性建模

        2.4.2 转向系统弹性运动学特性建模

        2.4.3 转向系统的车轮回正力矩和主销力矩

        2.4.4 轴转向特性

    2.5 轮胎模型建模

        2.5.1 轮胎稳态模型建模

        2.5.2 轮胎瞬态响应特性建模

    2.6 重型车悬架特性研究

        2.6.1 钢板弹簧特性研究

        2.6.2 减振器特性建模

        2.6.3 辅助侧倾刚度特性建模

        2.6.4 悬架运动学特性和弹性运动学特性建模

    2.7 动力传动系统建模

        2.7.1 发动机负荷特性建模

        2.7.2 摩擦式离合器建模

        2.7.3 变速器建模

        2.7.4 分动器建模

        2.7.5 差速器建模

        2.7.6 驱动轮建模

    2.8 3D路面模型的建立

        2.8.1 路面几何特性

        2.8.2 路面摩擦系数

        2.8.3 相对于路面特性的轮胎滚动阻力

        2.8.4 路面的影像和周围环境

    2.9 本章小结

第3章 重型卡车动力学模型的参数化描述

    3.1 车体（簧载质量）、载荷和车辆空气动力学描述

        3.1.1 车体（簧载质量）描述

        3.1.2 规则载荷描述

        3.1.3 不规则载荷描述

        3.1.4 车辆空气动力学描述

    3.2 重型卡车制动系统描述

        3.2.1 普通制动系统描述

        3.2.2 ABS制动系统描述

    3.3 重型卡车转向系统描述

        3.3.1 转向系统结构特点

        3.3.2 转向系统运动学K特性描述

        3.3.3 转向系统弹性运动学C特性描述

        3.3.4 整体式车桥受力对转向角的影响

    3.4 重型卡车轮胎描述

        3.4.1 轮胎坐标系定义

        3.4.2 轮胎垂直力描述

        3.4.3 轮胎滚动阻力描述

        3.4.4 轮胎剪切力与剪切力矩描述

        3.4.5 轮胎动态特性描述

    3.5 重型卡车整体式车桥悬架描述

        3.5.1 整体式车桥的几何和质量特性描述

        3.5.2 整体式车桥的运动学特性描述

        3.5.3 整体式车桥弹性运动学特性描述

        3.5.4 弹簧特性描述

        3.5.5 减振器特性描述

        3.5.6 悬架整体特性描述

        3.5.7 平衡悬架特性描述

    3.6 重型卡车动力传动系统描述

        3.6.1 6×4 动力传动系统的总成选取

        3.6.2 发动机总成特性描述

        3.6.3 离合器总成特性描述

        3.6.4 变速器总成特性描述

        3.6.5 差速器总成特性描述

        3.6.6 分动器总成特性描述

    3.7 本章小结

第4章 重型卡车整车动力学建模与操纵稳定性仿真分析

    4.1 基于TruckSim整车动力学模型建立

        4.1.1 车体建模

        4.1.2 转向系统建模

        4.1.3 轮胎系统建模

        4.1.4 悬架系统建模

        4.1.5 整体式车桥系统建模

        4.1.6 制动系统建模

        4.1.7 动力传动系统建模

        4.1.8 空气动力学建模

        4.1.9 载荷建模

    4.2 基于TruckSim的重型卡车操纵稳定性闭环仿真分析

        4.2.1 闭环评价

        4.2.2 蛇形试验和双移线试验理想轨迹构造

        4.2.3 重型卡车蛇形试验和紧急双移线试验仿真分析

        4.2.4 重型卡车转向轻便性试验仿真分析

    4.3 基于TruckSim的重型卡车操纵稳定性开环仿真分析

        4.3.1 开环评价

        4.3.2 转向盘角阶跃试验仿真分析

        4.3.3 转向盘角脉冲试验仿真分析

        4.3.4 回正试验仿真分析

        4.3.5 固定转向盘稳态回转试验仿真分析

    4.4 本章小结

第5章 全文总结

参考文献

摘要

ABSTRACT

致谢

 

期刊论文

 

[1]适应不同路面条件下的ABS制动仿真研究[J]. 段伟建,简晓春.  轻型汽车技术. 2008(10)

[2]适应不同路面条件下的ABS制动仿真研究[J]. 段伟建,简晓春.  轻型汽车技术. 2008 (10)

[3]基于MATLAB的汽车防抱死制动系统仿真研究[J]. 潘开广.  农业装备与车辆工程. 2008(08)

[4]福田汽车 做世界级汽车企业[J]. 杨海霞.  中国投资. 2008(03)

[5]2007年商用车进出口分析及预测[J]. 李永钧.  汽车与配件. 2008(08)

[6]一汽解放“奥威”重型系列商用车自主创新成果[J]. 刘蕴博,郭立群,马文松,李奉伟,谷京哲,杨兴中.  汽车技术. 2008(01)

[7]中国卡车企业如何赢在未来[J].   中外物流. 2007(06)

[8]中国卡车企业如何赢在未来[J].   中外物流. 2007 (06)

[9]基于CARSIM的车辆稳定性控制仿真[J]. 肖闯,黄江,易高.  专用汽车. 2007(06)

[10]奔驰重型汽车“智能”控制技术[J]. 牛峰.  重型汽车. 2006(02)

 

硕士论文

 

[1]基于CarSim与UniTire的爆胎汽车动力学响应研究[D]. 王英麟.吉林大学 2007

[2]汽车悬架运动学特性的仿真与试验研究[D]. 李洪伟.吉林大学 2007

[3]会车过程的空气动力特性研究[D]. 李玉虎.吉林大学 2006

[4]统一轮胎模型与动力学软件的连接[D]. 金凌鸽.吉林大学 2006

[5]汽车防抱制动系统的建模与仿真[D]. 胡雄文.大连理工大学 2002