【摘 要】
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车辆的平顺性是与车辆动力学有关的主要性能之一。随着人们对健康重视程度的提高以及对舒适性要求的提高,人们对车辆平顺性的要求也越来越高。对于重型卡车而言,其平顺性不仅关系到乘员的健康和舒适,而且会对运输货物的完整性造成影响。因此,建立重型卡车的动力学模型,开展重型卡车平顺性仿真分析与优化设计的工作具有重要的意义。目前整车平顺性仿真分析与优化研究中存在以下几个问题:一是在整车动力学建模过程中,大多将车辆
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车辆的平顺性是与车辆动力学有关的主要性能之一。随着人们对健康重视程度的提高以及对舒适性要求的提高,人们对车辆平顺性的要求也越来越高。对于重型卡车而言,其平顺性不仅关系到乘员的健康和舒适,而且会对运输货物的完整性造成影响。因此,建立重型卡车的动力学模型,开展重型卡车平顺性仿真分析与优化设计的工作具有重要的意义。目前整车平顺性仿真分析与优化研究中存在以下几个问题:一是在整车动力学建模过程中,大多将车辆各部分视为刚体,忽略了柔性车架的模态对平顺性仿真的影响;二是在对人体舒适性进行评价时,一般仅考虑人体的垂向振动响应,导致无法将人体振动响应的仿真结果与人体主观感受建立准确的联系。为了解决上述问题,本文引入了坐姿人体俯仰动力学模型,并结合有限元分析建立了考虑柔性车架模态的人车耦合动力学模型,对重型卡车的平顺性进行仿真计算,通过试验设计确定了影响重型卡车平顺性的关键参数,通过构建近似模型提高仿真效率,最后采用基于精英策略的非支配排序遗传算法和粒子群算法对人体和车厢的振动响应进行多目标优化。在进行整车动力学建模时,通过对车架进行有限元分析获取其模态信息,将车架的振动简化为梁的弯曲振动,并实现柔性车架与多刚体部件的耦合,分别采用多刚体模型和刚柔耦合模型对重型卡车的平顺性进行仿真计算,结果显示,车架的弯曲模态对驾驶室和车厢三个方向振动响应的仿真结果造成不同程度的影响,且低阶的弯曲模态影响更加明显;引入坐姿人体俯仰动力学模型,通过对人体多部位多轴向振动信号的频率和方向加权,对人体的主观感受进行评价。基于考虑车架弯曲模态的人车耦合动力学模型,以人体综合振动加权加速度均方根值和车厢综合振动加速度均方根值为目标函数对车辆的平顺性进行多目标优化。首先通过试验设计进行参数的灵敏度分析,选择对重型卡车平顺性影响显著的参数作为后续优化的变量;其次,分别采用响应面法和支持向量机法构建近似模型,并对比分析了两种模型的拟合精度,选择小样本数据下精度较高的支持向量机模型作为替代模型进行后续优化;最后,采用基于精英策略的非支配排序遗传算法和粒子群算法对重卡的平顺性进行优化,对两种优化算法的Pareto解集进行对比,结果显示:非支配排序遗传算法比粒子群算法具有更好的全局搜索能力,其解集的广泛性更优。通过多目标优化,在40～80km/h五种不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值降幅均超过25%,车厢综合振动加速度均方根值降幅均超过28%,车辆的平顺性得到明显改善。
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