本文關(guān)鍵詞：轎車懸架零部件性能匹配與輕量化多目標優(yōu)化方法研究

  更多相關(guān)文章： 懸架零部件 輕量化設(shè)計 疲勞壽命 整車性能匹配 結(jié)構(gòu)綜合貢獻系數(shù) 近似模型 多目標優(yōu)化

【摘要】：汽車輕量化技術(shù)是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑之一,轎車懸架系統(tǒng)零部件的輕量化設(shè)計是整車輕量化的重要組成部分,但是作為底盤關(guān)鍵承載件,其載荷工況復雜,極易引起疲勞失效,而輕量化設(shè)計往往會提高結(jié)構(gòu)應力水平,降低疲勞壽命。同時,懸架系統(tǒng)與行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等整車性能密切相關(guān),對懸架系統(tǒng)零部件輕量化設(shè)計時,需考慮懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)改變對整車性能的影響。因此,轎車懸架零部件的疲勞壽命預測、輕量化設(shè)計、以及輕量化設(shè)計過程中懸架參數(shù)與整車性能的優(yōu)化匹配是轎車底盤設(shè)計開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),也是懸架系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計中的研究熱點。本文以裝配麥弗遜式前懸架和扭轉(zhuǎn)梁式后懸架的某A0級轎車為研究對象,結(jié)合多體系統(tǒng)動力學理論和有限元方法構(gòu)建其整車剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型,研究前懸架下控制臂和后懸架扭轉(zhuǎn)梁的疲勞壽命預測方法,并考察懸架結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對整車性能的影響,在此基礎(chǔ)上,綜合考慮下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的質(zhì)量、疲勞壽命、剛度和模態(tài)頻率等結(jié)構(gòu)性能指標,以及行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等整車性能指標,建立轎車懸架零部件性能匹配與輕量化多目標優(yōu)化的設(shè)計流程,為轎車底盤的自主設(shè)計研發(fā)提供技術(shù)參考依據(jù)。首先,采用Adams/Car軟件建立考慮前懸架下控制臂和后懸架扭轉(zhuǎn)梁柔性的整車剛?cè)狁詈隙囿w動力學模型,通過對比懸架KC特性的試驗與仿真結(jié)果,驗證了前后懸架系統(tǒng)動力學模型的準確性;利用隨機輸入行駛平順性試驗、以及穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向回正試驗,驗證了所建整車剛?cè)狁詈夏Ｐ偷臏蚀_性,為后續(xù)研究工作提供了模型基礎(chǔ)。其次,根據(jù)汽車試驗場耐久性路面參數(shù),構(gòu)建了包括鵝卵石路、搓板路和比利時路的虛擬試驗場耐久性組合路面模型,并將其與整車剛?cè)狁詈夏Ｐ图稍谝黄?進行整車耐久性仿真分析。根據(jù)前懸架下控制臂和后懸架扭轉(zhuǎn)梁的結(jié)構(gòu)特性,分別采用準靜態(tài)法和模態(tài)應力恢復法計算得到了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的動態(tài)應力時間歷程,并利用名義應力法對其進行疲勞壽命預測。針對下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)參數(shù)對不同懸架性能指標的貢獻度不同、難以確定其對懸架性能影響程度的問題,通過試驗設(shè)計方法計算了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁各結(jié)構(gòu)參數(shù)對懸架性能的貢獻度,再利用熵權(quán)法和TOPSIS方法計算每個參數(shù)的結(jié)構(gòu)綜合貢獻系數(shù),并以此為評價指標確定出了對懸架性能影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù),并將其作為設(shè)計變量用于整車性能優(yōu)化匹配。綜合考慮行駛平順性和操縱穩(wěn)定性,采用近似模型方法和NSGA-II算法對前后懸架參數(shù)進行多目標優(yōu)化,獲得了使整車性能整體上得到改善的優(yōu)化方案,并通過整車性能仿真分析驗證了該優(yōu)化方案的可行性。然后,采用變密度法對前懸架下控制臂和后懸架扭轉(zhuǎn)梁橫梁進行了拓撲優(yōu)化,根據(jù)拓撲優(yōu)化結(jié)果重構(gòu)了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁橫梁結(jié)構(gòu),基于網(wǎng)格變形技術(shù),利用自由變形和基于控制塊的變形方法建立了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的參數(shù)化模型,并定義了用于輕量化研究的設(shè)計變量。以前文研究工作為基礎(chǔ),綜合考慮質(zhì)量、疲勞壽命、剛度和模態(tài)頻率等結(jié)構(gòu)性能指標、以及行駛平順性和操縱穩(wěn)定性等整車性能,結(jié)合Kriging近似模型和NSGA-II多目標優(yōu)化算法對下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁進行了尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化,提出了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的輕量化設(shè)計方案。對比分析了輕量化前后下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)性能、以及整車性能的變化情況,結(jié)果顯示,在保證各項性能滿足設(shè)計要求的情況下,實現(xiàn)了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的輕量化設(shè)計。為了能夠客觀、合理的評價懸架零部件的輕量化設(shè)計效果,綜合考慮質(zhì)量、結(jié)構(gòu)性能和整車參數(shù)等多方面因素,提出了下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁輕量化系數(shù)的計算方法,比較分析了輕量化前后下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的輕量化系數(shù),結(jié)果表明該系數(shù)能夠?qū)ο驴刂票酆团まD(zhuǎn)梁輕量化水平進行分析與評價。最后,根據(jù)輕量化方案試制了后懸架扭轉(zhuǎn)梁樣件,對其分別進行了自由模態(tài)、扭轉(zhuǎn)剛度、強度、垂向扭轉(zhuǎn)疲勞和上外30°方向彎曲疲勞試驗,結(jié)果表明扭轉(zhuǎn)梁樣件質(zhì)量比優(yōu)化前明顯降低,并且各項性能滿足要求,進一步驗證了扭轉(zhuǎn)梁輕量化方案的有效性。
【關(guān)鍵詞】：懸架零部件 輕量化設(shè)計 疲勞壽命 整車性能匹配 結(jié)構(gòu)綜合貢獻系數(shù) 近似模型 多目標優(yōu)化
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.33
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 緒論14-38
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究綜述16-34
• 1.2.1 汽車輕量化技術(shù)研究綜述16-27
• 1.2.2 汽車疲勞耐久性分析研究綜述27-31
• 1.2.3 整車性能匹配研究綜述31-34
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容34-38
• 第2章 整車剛?cè)狁詈夏Ｐ徒⒓膀炞C38-58
• 2.1 柔性多體系統(tǒng)動力學基本理論38-39
• 2.2 整車剛?cè)狁詈夏Ｐ偷慕?/span>39-52
• 2.2.1 輪胎動力學建模39-42
• 2.2.2 前懸架系統(tǒng)建模及驗證42-47
• 2.2.3 后懸架系統(tǒng)建模及驗證47-50
• 2.2.4 整車剛?cè)狁詈夏Ｐ偷慕?/span>50-52
• 2.3 路面模型的建立52-53
• 2.4 整車模型試驗驗證53-57
• 2.4.1 行駛平順性試驗驗證54-55
• 2.4.2 操縱穩(wěn)定性試驗驗證55-57
• 2.5 本章小結(jié)57-58
• 第3章 基于虛擬試驗場的懸架零部件疲勞壽命預測方法研究58-72
• 3.1 疲勞分析基本理論58-61
• 3.1.1 疲勞壽命預測方法58-59
• 3.1.2 循環(huán)計數(shù)方法59-60
• 3.1.3 疲勞損傷累積理論60
• 3.1.4 動應力計算方法60-61
• 3.2 虛擬試驗場耐久性路面建模61-62
• 3.3 前懸架下控制臂疲勞壽命預測62-67
• 3.3.1 基于慣性釋放法的下控制臂有限元靜力分析62-64
• 3.3.2 下控制臂動態(tài)載荷時間歷程64-66
• 3.3.3 下控制臂疲勞壽命預測66-67
• 3.4 后懸架扭轉(zhuǎn)梁疲勞壽命預測67-71
• 3.4.1 模態(tài)應力恢復理論67-68
• 3.4.2 扭轉(zhuǎn)梁模態(tài)應力恢復結(jié)果68-70
• 3.4.3 扭轉(zhuǎn)梁疲勞壽命預測70-71
• 3.5 本章小結(jié)71-72
• 第4章 整車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性優(yōu)化匹配72-100
• 4.1 影響整車性能的懸架系統(tǒng)特性參數(shù)研究72-77
• 4.1.1 懸架動力學特性對整車性能的影響72-76
• 4.1.2 懸架K&C特性對整車性能的影響76-77
• 4.2 前后懸架系統(tǒng)性能仿真分析77-81
• 4.2.1 左右車輪平行跳動工況78-79
• 4.2.2 同向側(cè)向力工況79
• 4.2.3 前后懸架偏頻和阻尼比79-80
• 4.2.4 懸架性能參數(shù)仿真計算結(jié)果80-81
• 4.3 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)參數(shù)對懸架性能的影響81-88
• 4.3.1 基于熵權(quán)法和TOPSIS法的結(jié)構(gòu)綜合貢獻系數(shù)計算方法82-83
• 4.3.2 下控制臂參數(shù)對前懸架性能的影響83-86
• 4.3.3 扭轉(zhuǎn)梁參數(shù)對后懸架性能的影響86-88
• 4.4 整車性能多目標優(yōu)化88-98
• 4.4.1 近似模型方法和NSGA-II優(yōu)化算法88-92
• 4.4.2 整車性能多目標優(yōu)化問題的定義92-94
• 4.4.3 近似模型的建立及誤差分析94-96
• 4.4.4 整車行駛平順性和操縱穩(wěn)定性多目標優(yōu)化96-98
• 4.5 整車性能匹配優(yōu)化結(jié)果驗證98-99
• 4.6 本章小結(jié)99-100
• 第5章 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁輕量化多目標優(yōu)化方法研究100-120
• 5.1 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化100-104
• 5.1.1 載荷提取100-101
• 5.1.2 下控制臂結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化101-103
• 5.1.3 扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化103-104
• 5.2 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁參數(shù)化建模104-106
• 5.2.1 網(wǎng)格變形技術(shù)104-105
• 5.2.2 參數(shù)化模型的建立105-106
• 5.3 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁輕量化多目標優(yōu)化106-111
• 5.3.1 輕量化多目標優(yōu)化框架107
• 5.3.2 優(yōu)化問題的定義107-109
• 5.3.3 基于Kriging近似模型的多目標優(yōu)化109-111
• 5.4 輕量化前后結(jié)構(gòu)性能對比分析111-114
• 5.4.1 輕量化前后低頻固有振動特性對比分析111-112
• 5.4.2 輕量化前后剛度性能對比分析112
• 5.4.3 輕量化前后結(jié)構(gòu)強度對比分析112-113
• 5.4.4 輕量化前后疲勞壽命對比分析113-114
• 5.5 輕量化前后整車性能對比分析114-116
• 5.5.1 輕量化前后行駛平順性對比分析114-115
• 5.5.3 輕量化前后操縱穩(wěn)定性對比分析115-116
• 5.6 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁輕量化評價方法研究116-118
• 5.6.1 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁輕量化系數(shù)116-117
• 5.6.2 下控制臂和扭轉(zhuǎn)梁的輕量化分析與評價117-118
• 5.7 本章小結(jié)118-120
• 第6章 后懸架扭轉(zhuǎn)梁樣件試制及性能驗證120-132
• 6.1 后懸架扭轉(zhuǎn)梁樣件試制120-121
• 6.2 后懸架扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)性能試驗驗證121-130
• 6.2.1 低階固有振動特性試驗驗證121-122
• 6.2.2 扭轉(zhuǎn)剛度試驗驗證122-124
• 6.2.3 強度及疲勞性能試驗驗證124-130
• 6.3 本章小結(jié)130-132
• 第7章 總結(jié)與展望132-136
• 7.1 全文總結(jié)132-133
• 7.2 論文主要創(chuàng)新點133-134
• 7.3 研究展望134-136
• 參考文獻136-148
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果148-150
• 致謝150

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王長寧;齊二石;郭文泉;;企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)單位的多目標優(yōu)化方法[J];電力電容器;1991年04期

2 夏曉戎;龔才豪;;一種交互式多目標優(yōu)化方法[J];成都科技大學學報;1991年03期

3 胡義剛,王兆輝,韓云鵬;對多目標優(yōu)化方法極小—極大法的探討[J];山東機械;1994年05期

4 何學容;吳衛(wèi);;汽車企業(yè)運輸車輛選擇多目標優(yōu)化方法研究[J];物流技術(shù);2013年09期

5 余小平，韓守木，，黃樹紅;汽輪機組軸系現(xiàn)場平衡中的實用多目標優(yōu)化方法[J];發(fā)電設(shè)備;1996年12期

6 秦永法,趙明揚,陳書宏;基于遺傳退火算法的裝配線設(shè)計多目標優(yōu)化方法[J];計算機集成制造系統(tǒng);2004年11期

7 劉桂萍;韓旭;官鳳嬌;;基于信賴域近似模型管理的多目標優(yōu)化方法及其應用[J];中國機械工程;2008年10期

8 鄭曉;用模糊多目標優(yōu)化方法設(shè)計摩擦制動器[J];武漢糧食工業(yè)學院學報;1989年01期

9 趙瑞;劉曉君;申金山;;建設(shè)項目多目標優(yōu)化方法研究[J];西安建筑科技大學學報(自然科學版);2008年06期

10 彭觀,陳統(tǒng)堅,張俊,姚錫凡;制造過程的智能多目標優(yōu)化方法[J];機械設(shè)計與制造工程;1999年02期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 蔣榮超;轎車懸架零部件性能匹配與輕量化多目標優(yōu)化方法研究[D];吉林大學;2016年

2 安偉剛;多目標優(yōu)化方法研究及其工程應用[D];西北工業(yè)大學;2005年

3 陳國棟;基于代理模型的多目標優(yōu)化方法及其在車身設(shè)計中的應用[D];湖南大學;2012年

4 徐鳴;基于群智能的魯棒多目標優(yōu)化方法及應用[D];浙江大學;2011年

5 于晨龍;混合多目標優(yōu)化方法研究及在電廠鍋爐負荷分配中的應用[D];浙江大學;2013年

6 楊榮山;轎車底盤平臺開發(fā)中多目標優(yōu)化方法的研究及應用[D];華南理工大學;2009年

7 Okafor Ekene Gabriel;復雜系統(tǒng)失效率評估與多目標優(yōu)化方法研究[D];南京航空航天大學;2012年

8 申曉寧;基于進化算法的多目標優(yōu)化方法研究[D];南京理工大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 徐浩;結(jié)合模糊聚類和合作競爭博弈的機械部件多目標優(yōu)化方法[D];浙江大學;2015年

2 李陽;多目標優(yōu)化方法研究及在健康決策中的應用[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

3 朱建才;多目標優(yōu)化方法庫的開發(fā)與應用研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

4 陳玉寶;先進能源利用系統(tǒng)多目標優(yōu)化方法研究及應用[D];重慶大學;2010年

5 商海焦;多目標優(yōu)化方法在鼻咽癌中的劑量學研究[D];上海交通大學;2014年

6 吳平健;進化多目標優(yōu)化方法研究及在空戰(zhàn)決策中的應用[D];湖南大學;2009年

7 任元;基于EDA和自適應進化策略的多目標優(yōu)化方法研究[D];西安電子科技大學;2013年

8 盧海;基于PMOGA和可視化技術(shù)的多目標優(yōu)化方法研究[D];武漢理工大學;2012年

9 蔣程濤;適配粒子群與其在SOC參數(shù)設(shè)計上的應用[D];東華大學;2007年

本文編號：873941