基于虚拟样机技术的汽车悬架参数优化与平顺性仿真研究.docxVIP

基于虚拟样机技术的汽车悬架参数优化与平顺性仿真研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

汽车作为现代社会最重要的交通工具之一，其性能表现直接关系到人们的出行体验和生活质量。在众多汽车性能指标中，行驶平顺性无疑占据着举足轻重的地位。行驶平顺性主要是指汽车在行驶过程中，通过自身的悬架系统、轮胎等部件，有效衰减来自路面不平度的激励，从而为车内乘员提供舒适的乘坐环境，或确保运输货物的完整性。随着汽车工业的快速发展和人们生活水平的不断提高，消费者对汽车行驶平顺性的要求也日益严苛。一辆行驶平顺性良好的汽车，能够显著减少乘员在旅途中所感受到的振动与冲击，降低疲劳感，提升乘坐的舒适度，使出行更加惬意；对于运输车辆而言，良好的平顺性可以避免货物因颠簸而受损，保障运输的安全性和可靠性。

从汽车的工作原理来看，路面不平度是导致汽车振动的主要外部激励源。当汽车行驶在不同路况的路面上时，车轮会受到路面高低起伏的影响，产生垂直方向的位移、速度和加速度变化。这些变化通过悬架系统传递到车身，进而引起车身的振动。而悬架系统作为连接车身和车轮的关键部件，其参数如弹簧刚度、阻尼系数、导向机构的几何参数等，直接决定了悬架对路面激励的响应特性和对车身振动的控制能力。合适的悬架参数可以使悬架在衰减振动的同时，保持车轮与地面的良好接触，确保汽车的操纵稳定性和行驶安全性。因此，对悬架参数进行优化是提升汽车行驶平顺性的关键途径之一。

传统的汽车研发过程主要依赖于物理样机试验。在这个过程中，需要制造大量的物理样机，并进行各种实际工况下的测试，如不同路面条件、车速、载荷等。这种方法虽然能够获取较为真实的试验数据，但存在诸多弊端。一方面，物理样机的制造需要消耗大量的时间、人力和物力成本，包括原材料采购、零部件加工、装配调试等环节，而且一旦发现设计问题，修改物理样机的成本也很高；另一方面，物理样机试验受到实际条件的限制，如试验场地、试验设备的精度和数量等，难以全面、深入地研究各种复杂工况下汽车的性能表现，也不利于快速迭代设计方案。

虚拟样机技术的出现，为汽车研发带来了革命性的变化。虚拟样机技术是一种基于计算机仿真的数字化设计方法，它通过在计算机中建立汽车的多体动力学模型，模拟汽车在各种工况下的运行状态，对汽车的性能进行预测和分析。在虚拟样机技术中，利用先进的多体动力学理论，将汽车的各个部件视为相互连接的刚体或柔性体，通过定义它们之间的约束关系和作用力，构建出能够准确反映汽车实际运动特性的模型。结合数值计算方法和计算机图形学技术，可以在计算机上直观地展示汽车的运动过程，并获取各种性能参数，如车身加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷等。

通过虚拟样机技术，汽车工程师可以在设计阶段就对不同的悬架参数方案进行快速评估和优化。无需制造物理样机，就能在计算机上模拟各种试验工况，大大缩短了研发周期，降低了研发成本。同时，虚拟样机技术还能够突破物理试验的限制，对一些难以在实际中实现的极端工况进行模拟分析，为汽车的优化设计提供更全面、准确的依据。例如，在虚拟环境中，可以轻松改变路面不平度的等级、车速、载荷分布等参数，研究它们对汽车行驶平顺性的影响规律，从而找到最优的悬架参数组合。

本研究基于虚拟样机技术开展悬架参数优化及汽车平顺性仿真，旨在深入探究悬架参数与汽车行驶平顺性之间的内在联系，建立更加准确、高效的汽车行驶平顺性仿真模型，并运用先进的优化算法对悬架参数进行优化，以提高汽车的行驶平顺性。这不仅有助于丰富和完善汽车动力学理论体系，为汽车的设计和研发提供新的方法和思路；而且对于推动汽车产业的技术进步，提高我国汽车产品的市场竞争力，满足消费者对高品质汽车的需求，都具有重要的现实意义。在实际应用中，本研究的成果可以直接应用于汽车企业的新产品开发过程，帮助企业减少物理样机试验次数，降低研发成本，加快产品上市速度；同时，优化后的汽车行驶平顺性也将提升用户的满意度和忠诚度，为企业带来良好的经济效益和社会效益。

1.2国内外研究现状

1.2.1虚拟样机技术发展现状

虚拟样机技术的起源可以追溯到20世纪60年代，当时计算机技术的初步发展为其奠定了基础。到了70年代，多体动力学理论逐渐成熟，为虚拟样机技术在机械系统动力学分析中的应用提供了理论支持。进入80年代，随着计算机运算速度的大幅提升和图形处理能力的增强，虚拟样机技术开始在航空航天、汽车等领域得到初步应用。

在汽车领域，虚拟样机技术的应用极大地改变了传统的研发模式。国外汽车行业巨头如通用、福特、丰田、大众等，早在20世纪90年代就开始广泛采用虚拟样机技术进行汽车研发。通过建立整车多体动力学模型，对汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、制动性能等进行仿真分析，在设计阶段就能发现并解决潜在问题，大大缩短了研发周期，降低了研发成本。例如，通用汽车公