一种六自由度静载平衡汽车运动模拟平台的机构学研究

发布时间：2017-09-11 07:12

  本文关键词：一种六自由度静载平衡汽车运动模拟平台的机构学研究

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【摘要】：汽车的在行驶过程中不仅会加减速、上下坡及转弯,还会因路的不平而产生俯仰、侧倾、垂荡等多种形式的颠簸。对此,本文结合车辆机械结构及运动特征设计了一种新型的并联汽车运动模拟平台,并以其为基础进行了相关的机构学研究,主要内容如下:首先,分析了不同路况下路面的激励,通过单轮路面激励拓展得到汽车四轮相干路面激励;对汽车动力学模型进行了简化,并根据动力学等效得到汽车动力学简化机构模型;利用车辆四轮相干路面激励作为输入,通过matlab与Adams联合仿真得到了汽车在D、E级路况下的运动特性;综合出了几种机构,经分析对比选择了一种可实现全驱动与欠驱动重构的并联机构,并给出了相关结构参数;分析了机构自由度以及忽略运动干涉及行程限制下的机构的异空间。其次,进行了在弹性储能关节锁定时机构的位置反解,并基于机构反解过程分析了机构的可达移动工作空间、姿态空间以及奇异空间;分析了机构在弹性储能关节打开时的位置正解,并给出了数值算例;建立了弹性储能关节锁定状态时机构的静力学模型,并分析了在冗余拉伸弹簧力作用下的机构的最大静载力;建立了弹性储能关节打开时机构的静力学模型,并结合位置正解分析了机构的静力平衡位姿。再次,介绍了基于旋量的一般并联机构的运动学及动力学基础知识,并在此基础上建立了弹性储能关节锁定状态时机构的运动学模型,并进行了数值分析;建立了弹性储能关节到机构动平台参考系的运动映射数学模型,然后基于以上过程分别建立了机构的弹性储能关节在两种状态下的机构动力学模型,并分别进行了数值分析;基于Adams软件对机构进行了仿真分析。最后,基于Solidworks进行样机机械本体的设计,对机构中关键受力部件进行了静力以及模态分析;对机构驱动单元的机械结构进行设计,并基于Adams对驱动单元中的关键零部件进行了分析与选型;建立了整机的振动仿真模型,进行了机构的振动仿真分析。
【关键词】：汽车运动模拟平台 欠驱动 弹性储能关节 路面激励 Adams
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467.52
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 汽车运动模拟平台国内外研究现状11-18
• 1.2.1 国外汽车运动模拟平台研究现状11-15
• 1.2.2 国内汽车运动模拟平台研究现状15-18
• 1.3 本文主要研究内容18-20
• 第2章 汽车运动特性与模拟平台构型的分析20-45
• 2.1 引言20
• 2.2 不同等级路况下路面激励的分析20-28
• 2.2.1 单轮路面激励的分析20-25
• 2.2.2 汽车四轮相干路面激励的分析25-28
• 2.3 汽车在D、E级路况下运动特性的分析28-34
• 2.3.1 汽车动力学模型简化28-30
• 2.3.2 汽车简化动力学模型的机构模型30-34
• 2.4 汽车运动模拟平台的构型综合与自由度分析34-41
• 2.4.1 汽车运动模拟平台的构型方案34-37
• 2.4.2 汽车运动模拟平台方案比较及机构参数的确定37-39
• 2.4.3 汽车运动模拟平台机构的自由度分析39-41
• 2.5 汽车运动模拟平台奇异空间的分析41-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第3章 汽车运动模拟平台的位置与静力学分析45-58
• 3.1 引言45
• 3.2 汽车运动模拟平台的位置分析45-52
• 3.2.1 全驱动状态时机构的位置分析45-49
• 3.2.2 弹性储能关节打开时机构位置正解分析49-52
• 3.3 汽车运动模拟平台的静力学分析52-57
• 3.3.1 冗余全驱动状态时机构的静力学模型及最大静载力分析52-54
• 3.3.2 欠驱动状态时机构的静力学模型及平衡位姿分析54-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第4章 汽车运动模拟平台的运动学与动力学分析58-80
• 4.1 引言58
• 4.2 基于旋量的一般并联机构运动学的求解58-62
• 4.2.1 基于旋量的加速度合成法则简介58-59
• 4.2.2 一般并联机构单分支运动学求解59-60
• 4.2.3 六自由度并联机构的运动学求解60-62
• 4.3 汽车运动模拟平台的运动学分析62-66
• 4.3.1 全驱动状态时汽车运动模拟平台的运动学数值分析62-64
• 4.3.2 机构弹性储能关节到机构动平台的运动学映射64-66
• 4.4 汽车运动模拟平台的动力学分析66-77
• 4.4.1 机构动力学Hassian矩阵简介66-68
• 4.4.2 六自由度并联机构的动力学模型68
• 4.4.3 冗余全驱动状态时机构的动力学数值分析68-70
• 4.4.4 欠驱动状态时机构的动力学模型70-74
• 4.4.5 欠驱动状态时机构的动力学数值分析74-77
• 4.5 基于ADAMS的汽车运动模拟平台动力学仿真77-79
• 4.5.1 全驱动状态时汽车运动模拟平台的动力学仿真77-78
• 4.5.2 欠驱动状态时汽车运动模拟平台的动力力学仿真78-79
• 4.6 本章小结79-80
• 第5章 汽车运动模拟平台样机的设计与振动仿真80-97
• 5.1 引言80-81
• 5.2 汽车运动模拟平台的机械本体设计81-88
• 5.2.1 上平台装配体结构设计与关键零部件的受力分析81-83
• 5.2.2 水平拉杆装配体的结构设计与关键零部件的受力分析83-86
• 5.2.3 竖直拉杆装配体的结构设计与关键零部件的受力分析86-87
• 5.2.4 底座及驱动单元支撑板的结构设计与关键零部件的受力分析87-88
• 5.3 汽车运动模拟平台的驱动单元的设计88-91
• 5.4 汽车运动模拟平台的振动仿真91-95
• 5.4.1 基于ADAMS的汽车运动模拟平台振动模型的建立91-92
• 5.4.2 汽车运动模拟平台机构的振动仿真92-95
• 5.5 本章小结95-97
• 结论97-98
• 参考文献98-101
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果101-102
• 致谢102

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本文编号：829318