车辆乘坐舒适性的试验与性能匹配研究_杨春华.docx
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1、申请上海交通大学工程硕士学位论文 车辆乘坐舒适性的试验与性能匹配研究 上海交通大学机械与动力工程学院 2012年 05月 院 系:机械与动力工程学院 工程领域:车辆工程 交大导师:张建武 企业导师:何浴辉 工程硕士:杨春华 学 号: 1080212093 Thesis Submitted to Shanghai Jiao Tong University For the Degree of Engineering Master Performance Application and Validation to Vehicle Riding Comfort M.D.Candidate: Yang
2、Chunhua Supervisor: Prof. Zhang Jianwu Prof. He Yuhui Speciality: Vehicle Engineering Department of Industrial Engineering School of Mechanical Engineering Shanghai Jiaotong University May, 2012 跗件四 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品
3、成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定 , 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版,允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ,在 _年解密后适用本授权书 本学位论文属于 / 不保密 d。 v (请在以上方框内打 v ) 车辆乘坐舒适性的试验与性能匹配研究 摘要 本文参考了国际上公
4、认 ISO标准中机械振动和冲击对人体处于全身 振动的评价方法,同时也参考了国家标准中关于舒适性的各种试验方 法,对车辆乘坐舒适性给出了综合和全面的定义。在整车平顺性匹配和 调校开发中,对车辆乘坐舒适性的评价,应用了三项基本试验,即随机 输入平顺性试验,脉冲输入平顺性试验以及车辆偏频试验。 首先,利用现阶段手工杂合样车,在国家标准 B级路面,进行实车 随机输入平顺性试验,获得车辆在规定道路谱上行驶时,人体受到的综 合加速度情况;同时,还有两个重要的舒适性评估试验,一个是评估车 辆经过较大冲击路面时对人体造成的冲击性所做脉冲输入试验;还有一 个是研究偏频与人体共振情况的车辆偏频测定试验。综合以上三
5、个试验 的结果,判断手 工样车在平稳行驶时、过较大冲击路面时以及一定偏频 情况下人体的总体舒适性情况。 然后,根据实车乘坐舒适性情况,获知车辆现行设计方案下舒适性 较差和薄弱的方面,明确了需要改进和优化的方向,制定相应的优化方 案。但是,在实车改制前,为了避免优化方案万一失效所带来的开发周 期延长和开发成本浪费,首先要利用车辆动力学模型进行仿真试验验 摘要 证。即利用车辆动力学模型进行随机输入行驶仿真试验和脉冲输入仿真 试验,评估偏频情况等。综合以上三个因素,判断新方案是否对人体 舒适 性有足够的改善。 在实车生产之前,也可采用多个优化方案来实现车辆平顺性的优化, 这些方案之间要进行相互比较和
6、验证,从中选择最优的改进方案,最终 使车辆获得较好的乘坐舒适性。具体措施可根据新方案的调整方向,调 节悬架、座椅特性等特性参数,悬架布置等,建立新的车辆动力学模型。 然后,用脉冲信号模拟车辆通过凸台等大冲击情况下的干扰输入,通过 车辆动力学模型系统,获得座椅垂向加速度输出值,获得人体受到冲击 的极限值;同时,也可以用白噪声信号模拟不同的道路谱,模拟在不同 路面上,车辆以不同速度行驶时,各座椅获得的加速度情况,判断汽车 随机路面行驶情况下的乘坐舒适性情况。然后,根据改进的车辆模型, 仿真计算新方案车辆的偏频,判断振动频率对人体舒适度的影响。 最后,对优化方案进行新一轮杂合手工样车实车试验验证,将
7、仿真 试验结果,跟试验数据进行对比,最终确定新方案的可行性。 结果表明,基于半车模型的车辆脉冲输入仿真试验和基于 10自由 度整车模型的随机输入仿真试验,可以在一定范围内反映车辆振动情况 和趋势,对车辆乘坐舒适性的设计与改进具有较大的指导意义。 关键词乘坐舒适性,平顺性, 车辆悬架 PERFORMANCE APPLICATION AND VALIDATION TO VEHICLE RIDE COMFORT ABSTRACT The vehicle ride comfort performance is based on the ISO standard about the evaluation
8、 of human exposure to whole body vibration by mechanical vibration and shock, and the GB methods about ride comfort performance evaluation. Usually, there are three kinds of ride comfort performance evaluation tests that need to be done during vehicle development process. The first method is random
9、input running test which evaluate vehicle ride comfort performance on regulated road, also, there are another two important tests. One is the method of pulse input running test and the other is the method of measure for natural frequency and damping ration. These three tests mean the ride performanc
10、e of a vehicle should be considered in many vehicle statuses, when the vehicle is running smoothly, passing a pulse and vibrating at some frequency. According to the evaluation result of the vehicle ride comfort performance, some improved method can be made. Before real vehicles are produced, vehicl
11、e vibration results can be obtained from some simulation tests based on vehicle dynamical model. Vehicle dynamical model contains wheel model, suspension model, car body model and seat model. According to the result of simulation tests, it is clear that whether the improved method can be satisfied o
12、r not. There could be several improved methods, all these methods should be compared, and the best one should be selected. The detail method can be done as below, adjust suspension and seat stiffness coefficient and damping coefficient to reasonable values, adjust suspension location, then built a n
13、ew vehicle dynamical model. According to the method of random input running test and the method of pulse input running test, vehicle tests can be done in the new vehicle model, the vehicle vibration can be outputted after inputting simulated pulse or white noises to vehicle dynamical model, the new
14、vibration frequency can be calculated from the new vem At the meanwhile, the result of simulation tests should be compared with the proto car tests to make sure the simulation tests are available, and then the result of simulation tests can be used to evaluate the improved methods. Finally, vehicle
15、ride comfort performance can be evaluated after these new vehicle dynamical model tests, and the best improved method can be selected out. This present improved method can be validated by the new proto car ride comfort performance tests. Finally, it can be proved to be effective and reliable. Test d
16、ata of pulse input and random input tests for proto car is proved that the vehicle dynamic models simulation tests can respond the real vibration situation, and can rightly show vehicle ride comfort performance in a certain trend. So, simulation tests results can be used to evaluate the improved met
17、hod and give early feedback of the new design performance. So, simulation test based on vehicle dynamic models can conduct vehicle ride comfort performance improving and designing in a right direction. KEY WORDS: Ride comfort; Random dynamic test, Suspension system, Passenger car 福 . I ABSTRACT . Il
18、l 第一章绪论 . 1 1.1课题的意义 . 1 1.2国内外研究现状 . 1 1.3车辆舒适性的研究目标、与内容 . 3 1.4本文的研究思路 . 6 第二章乘坐舒适性建模 . 7 2.1路面输入模型 . 7 2. 2车辆子系统模型 . 10 2.3二分之一车模型 . 15 2.4七自由度整车模型 . 19 2. 5本章小结 . 22 第三章车辆舒适性试验 . 23 3.1汽车舒适性试验准备 . 23 3.2随机输入行驶试验 . 29 3.3脉冲输入行驶试验 . 31 3. 4汽车悬挂系统固有频率和阻尼比测定 . 33 3. 5本章小结 34 第四章基于车辆动力学模型的舒适性仿真试验 . 3
19、5 4.1基于半车模型的脉冲输入仿真试验 . 35 4.1.1脉冲模型 . 37 2. 1.2脉冲输入仿真试验 . 38 4.2基于十自由度模型的随机输人仿真试验 . 42 4.2. 1路面不平度模型 . 46 4. 2. 2随机输入试验整车的仿真模型 . 47 4.3偏频计算 . 49 4. 4本章小结 . 50 第五章试验结果与预测结果的比较分析 . 51 5.1优化方案的制定 . 51 5. 2偏频试验结果与计算结果的比较 . 52 5. 3脉冲输入试验对比 . 53 5.4随机输入试验对比 . 57 5.5舒适性的匹配与调校 . 59 3. 6本章小结 . 59 第六章全文总结与展望
20、. 61 4. 1全文总结 . 61 6. 2主要工作与创新点 . 62 6. 3展望 . 63 参考文献 . 64 删 . 66 攻读学位期间发表的学术论文目录 . 67 第一章绪论 1.1 课题的目的意义 本文关于车辆乘坐舒适性的研究,是针对车型开发前期,手工样车阶段,产品 设计最终释放之前,对手工样车进行的舒适性前期评估,然后针对评估结果而进行 的舒适性改进和匹配研究。研宄目的是确保最终产品能获得比较优良的乘坐舒适 性,避免批量生产阶段和产品上市阶段,大规模地爆发舒适性问题,减少客户对车 辆舒适性的抱怨,增加车辆的市场竞争力。该研宄有助于降低产品后期对于舒适性 的调校改进成本,对于车型开
21、发最终成功,获得客户认可度,具有巨大的指导意义。 随着国内造车工业的不断发展和国外先进汽车技术的不断涌入,人们对车辆的 要求己经从一开始的只需满足正常行驶、运输等基本功能,到全面追求车辆的操纵 性、平顺舒适性等综合性能这个方向来转变。同时,随着人们生活水平的提高和生 活节奏的加快,人们乘坐汽车的时间在日常工作、生活中占很大的比例,人们对汽 车乘坐舒适性的要求越来越高。目前,调查表明 60%以上的人在乘车过程中有 难受、 晕车甚至呕吐的经历,平顺性的降低使乘客的工作效率低下,影响身心健康,长期 处于不舒适的振动环境中,易引起疲劳、心慌,甚至各种心脏疾病 1。车辆乘坐舒 适性己经成为车辆的一个直观
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