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硕士毕业论文 基于变形地面的重型工程车辆平顺性仿真与优化研究
摘 要
本文以一种新型铰接式自卸车为研究对象，分析了地面变形对重型工程车辆的行驶平顺性的影响。论文首先分别建立了基于软路面的刚性轮与变形地面接触模型以及基于硬路面的弹性轮与变形地面接触模型，并分别推导了轮胎在垂直方向上的受力公式。其次将轮胎与变形地面接触模型加入到半车模型上，建立了基于变形地面的重型工程车辆9自由度集中质量半车模型，运用拉格朗日定理建立了模型非线性微分方程组，通过4阶经典龙格库塔法来求解方程，并借助于Matlab来进行仿真分析。接着采用遗传算法，对基于变形地面的车辆悬架参数进行优化，确定了在变形地面下车辆悬架最优阻尼值。最后基于Matlab图形用户界面开发环境GUI开发了基于变形地面的车辆平顺性预测及优化分析软件。本文创新点如下：
1．建立了软路面及硬路面下的轮胎与变形地面接触模型，分别为刚性轮与变形地面接触模型及弹性轮与变形地面接触模型，并推导了轮胎在垂直方向上的受力公式。
2．将轮胎与变形地面模型集成到汽车模型上进行动力学仿真，分析了地面变形对车辆的平顺性影响。
3．采用遗传算法，对基于变形地面的车辆模型悬架参数进行优化分析，得出了车辆最佳悬架阻尼参数。
关键词：变形地面，轮胎，半车模型，平顺性，悬架优化，平顺性软件

摘要.............................................................................I
Abstract.................................................................II
目录.................................................................III
第一章 绪论.................................................................1
1.1研究背景................................................................1
1.2 国内外研究现状及分析.....................................................1
1.3 论文研究的主要内容......................................................................2
第二章 轮胎与变形地面相互作用分析与建模...............................................................................4
2.1 地面力学特性模型........................................................4
2.1.1地面承压特性模型..........................................错误！未定义书签。
2.1.2 地面剪切特性模型..........................................................4
2.2 轮胎与变形地面接触模型的建立................................................................5
2.2.1 刚性轮胎与变形地面接触模型.....................................................5
2.2.2 弹性轮胎与变形地面接触模型.........................................................8
2.3 小结.........................................................................12
第三章 基于变形路面的铰接式自卸车建模与仿真分析.............................................................13
3.1基于变形地面的铰接式自卸车9自由度非线性动力学模型........................................13
3.1.1点接触铰接式自卸车8自由度非线性动力学模型............................................14
3.1.2基于变形地面的铰接式自卸车9自由度非线性动力学模型............................16
3.2 基于变形地面的铰接式自卸车动力学微分方程组求解...............................................20
3.3时域激励路面的生成....................................................................................22
3.3.1 路面不平度功率谱密度.........................................................22
3.3.2 正弦波叠加生成随机路面...................................................................................23
3.3.3标准路面的数值模拟.........................................................24
3.4 基于变形地面汽车模型仿真分析...................................................................................25
3.4.1 模型参数..............................................................25
3.4.2 模型求解与仿真分析................................................................26
3.5汽车行驶平顺性评价..........................................................30
3.6 小结..........................................................................32
第四章 基于遗传算法的车辆悬架参数优化与分析.....................................................................33
4.1 参数变化对系统响应的影响....................................................33
4.2 基于遗传算法的车辆悬架系统优化分析........................................35
4.2.1 遗传算法................................................................35
4.2.2 优化模型的建立..........................................................37
4.2.3 基于遗传算法的悬架参数优化计算研究...........................................................38
4.2.....................................................................40
4.3 小结.........................................................................42
第五章 平顺性预测及优化分析软件开发与应用.........................................................................43
5.1 平顺性软件的开发目的及研究现状...............................................................................43
5.2 Matlab用户界面开发工具及关键实现技术...................................................................43
5.3仿真软件功能分析及对话界面实现................................................................................44
5.3.1软件实现的计算功能分析....................................................................................45
5.3.2汽车平顺性预测及优化软件对话界面的实现....................................................46
东南大学硕士论文
IV
5.3.3 程序运行及检验...................................................48
5.4 小结.......................................................................49
第六章 结................................................................50
6.1 结论......................................................................50
6.2 展望.........................................................................53