車輛·道路耦合系統(tǒng)動力學研究

緒論..............................................................................1

0.1 汽車動力學的研究現(xiàn)狀.................................................1

0.2 道路動力學的研究現(xiàn)狀.................................................5

0.3 輪胎動力學的研究現(xiàn)狀.................................................9

0.4車輛–道路耦合系統(tǒng)動力學研究框架.................................. 11

0.5車輛–道路耦合系統(tǒng)動力學的研究內(nèi)容及關鍵問題.................... 12
參考文獻................................................................... 13
第1 章車輛系統(tǒng)建模及動力學分析.......................................... 21

1.1 車輛懸架系統(tǒng)中非線性元件的實驗建模............................... 21

1.1.1 減振器阻尼特性實驗............................................... 21

1.1.2 鋼板彈簧剛度特性實驗............................................. 30

1.2 雙軸重型汽車模型及動力學分析...................................... 33

1.2.1 車輛模型及其運動微分方程......................................... 33

1.2.2 車輛系統(tǒng)的振動響應計算........................................... 36

1.2.3 隨機激勵下車輛的振動響應分析.....................................39

1.2.4 參數(shù)影響分析..................................................... 41

1.3 三軸重型汽車模型及動力學分析...................................... 45

1.3.1 具有平衡懸架的三軸重型汽車模型的建立............................ 46

1.3.2采用FRC輪胎模型的非線性三軸車輛模型建立...................... 49

1.3.3 隨機激勵下車輛的振動響應分析.....................................54

1.4 基于虛擬樣機技術的重型汽車模型及動力學分析..................... 59

1.4.1 懸架系統(tǒng)模型..................................................... 60

1.4.2 輪胎及路面模型................................................... 63

1.4.3 整車模型集成..................................................... 65

1.4.4 整車正交優(yōu)化..................................................... 66

1.4.5 整車半主動控制分析............................................... 75

1.5 本章小結.............................................................. 77
參考文獻................................................................... 78
第2 章車輛載荷作用下道路系統(tǒng)的動力學分析.............................. 80

2.1 移動載荷作用下有限長非線性地基梁的動力響應..................... 80

2.1.1 移動集中載荷作用下的非線性地基梁模型............................ 81

2.1.2 Galerkin 截斷方法處理非線性方程.................................. 82

2.1.3 數(shù)值算例..........................................................84

2.2 移動載荷作用下無限長非線性地基梁的動力響應..................... 88

2.2.1無限長非線性地基的Timoshenko梁模型............................ 89

2.2.2 移動恒載的多尺度攝動方法......................................... 90

2.2.3移動簡諧載荷的改進Adomian方法................................. 94

2.2.4 移動恒載激勵的數(shù)值算例.......................................... 100

2.2.5 移動簡諧載荷激勵的數(shù)值算例......................................106

2.3移動載荷作用下Kelvin地基上無限大雙層板的動力響應............ 109

2.3.1 移動車輛載荷的數(shù)學模型描述......................................109

2.3.2 輪胎接地面積的確定.............................................. 110

2.3.3 雙層薄板的基本運動微分方程......................................111

2.3.4 雙層板動力響應的穩(wěn)態(tài)解析解......................................113

2.3.5 數(shù)值算例........................................................ 117

2.4 移動載荷作用下彈性半空間地基上無限大雙層板的動力響應........ 122

2.4.1 雙層薄板的基本運動微分方程......................................122

2.4.2 彈性半空間地基的基本運動方程................................... 122

2.4.3彈性半空間地基在波數(shù)–頻率域內(nèi)的位移和應力計算.................. 124

2.4.4彈性半空間地基的位移Green函數(shù)................................. 125

2.4.5 移動載荷作用下彈性半空間地基上雙層板的位移和應力計算.......... 127

2.4.6 數(shù)值算例........................................................ 130

2.5 路面結構三維有限元分析............................................ 132

2.5.1 層狀體系力學模型及其基本假設................................... 133

2.5.2 路面結構三維有限元幾何建模......................................133

2.5.3 路面結構振動響應的瞬態(tài)動力分析................................. 135

2.5.4 路面結構各層的動力學響應分析................................... 138

2.5.5 瀝青路面疲勞壽命的參數(shù)影響分析................................. 144

2.6 本章小結.............................................................147
參考文獻.................................................................. 148第3章車輛--道路耦合系統(tǒng)建模及動力學分析.............................. 151

3.1二維車輛–道路耦合系統(tǒng)............................................. 151

3.1.1輪胎–路面接觸模型............................................... 151

3.1.2 車路耦合系統(tǒng)動力學方程.......................................... 153

3.1.3 輪胎與路面的耦合作用............................................ 154

3.1.4 數(shù)值計算流程及模型驗證.......................................... 155

3.1.5兩種輪胎模型對車輛–道路耦合系統(tǒng)響應的影響...................... 160

3.2三維車輛–道路耦合系統(tǒng)............................................. 166

3.2.1 汽車系統(tǒng)運動微分方程............................................ 167

3.2.2 道路系統(tǒng)運動微分方程............................................ 169

3.2.3 汽車與路面的耦合作用............................................ 170

3.2.4車輛–道路耦合模型與傳統(tǒng)模型的比較.............................. 173

3.2.5車輛–道路耦合模型與有限元模型的比較............................ 180

3.3 車路系統(tǒng)參數(shù)的低動力設計..........................................183

3.3.1 車速的影響...................................................... 184

3.3.2 汽車載重量的影響................................................ 185

3.3.3 車輪質(zhì)量的影響.................................................. 185

3.3.4 輪胎剛度的影響.................................................. 187

3.3.5 懸架剛度的影響.................................................. 188

3.3.6 輪胎阻尼的影響.................................................. 190

3.3.7 懸架阻尼的影響.................................................. 191

3.3.8 軸距的影響...................................................... 192

3.3.9 輪距的影響...................................................... 192

3.3.10 路面密度的影響................................................. 194

3.3.11 路面厚度的影響................................................. 194

3.3.12 路面彈性模量的影響............................................. 196

3.3.13 路面泊松比的影響............................................... 198

3.3.14 路基反應模量的影響............................................. 199

3.3.15 路基阻尼系數(shù)的影響............................................. 200

3.4三維非線性黏彈性車輛–道路耦合系統(tǒng)動力響應..................... 200

3.4.1 系統(tǒng)非線性及黏彈性模型.......................................... 201

3.4.2 非線性汽車系統(tǒng)運動微分方程......................................202

3.4.3 非線性黏彈性道路系統(tǒng)運動微分方程............................... 204

3.4.4非線性汽車–道路系統(tǒng)的耦合作用.................................. 209

3.4.5 數(shù)值積分算法.................................................... 211

3.4.6 非線性車路耦合系統(tǒng)動力響應......................................212

3.4.7 車路非線性和路面黏彈性對車路響應的影響......................... 216

3.5 本章小結.............................................................221
參考文獻.................................................................. 222第4章車輛--道路相互作用試驗段構建..................................... 224

4.1車輛–道路試驗方案.................................................. 224

4.2 道路試驗系統(tǒng)........................................................ 224

4.2.1 道路結構介紹.................................................... 224

4.2.2 道路試驗系統(tǒng).................................................... 224

4.2.3 傳感器布設工藝.................................................. 226

4.3 車輛試驗系統(tǒng)........................................................ 228

4.3.1 車輛系統(tǒng)介紹.................................................... 228

4.3.2 車輛試驗系統(tǒng).................................................... 228

4.4 道路試驗結果分析................................................... 229

4.4.1 道路動應變響應分析.............................................. 229

4.4.2 道路垂向動應力分析.............................................. 231

4.5 車輛試驗結果分析................................................... 234

4.6 本章小結.............................................................236
參考文獻.................................................................. 236
索引........................................................................... 238