文档介绍：天津大学博士学位论文
摘要
摩托车行驶稳定性、操纵平顺性和振动舒适性是车辆品质的重要衡量指标,
需建立整车数学模型,求解其运动学及动力学微分代数方程,进行定性和定量分
析。摩托车作为非树状结构多体系统,拓扑构型日趋复杂,包含机、电、液和控
制系统,且向轻质高速化方向发展。由于其自由度数目众多,行驶工况复杂,若
对整车系统进行过度简化降低自由度数,很难得到其动力学特性的精确定量分
析。传统新车研发过程中,设计、试制及验证多反复进行,时间和资金成本倍数
增加;有些性能试验受条件所限无法进行;悬架系统调校复杂;道路试验重复性
差、不可控因素多,这些都制约摩托车研发及性能研究。本文采用多体系统动力
学研究方法,在系统层面仿真分析摩托车虚拟样机在路面随机激励和发动机高频
激励作用下的动力学响应特性;并考虑高速运转零部件弹性变形等非线性因素的
影响,对其进行刚柔耦合动力学研究。论文主要研究内容和成果如下:
1. 本文根据多体系统拓扑构型建立摩托车数字化实体模型和人车路多体系
统动力学模型,运用虚拟样机技术,比较分析整车集中质量简单模型和高度仿真
虚拟样机模型的动力学特性,对摩托车动力学定量分析提出解决方案,并试验验
证精确虚拟样机模型性能仿真分析的有效性。
2. 在 ADAMS 中建立轮胎力学模型,在 MATLAB 中根据功率谱密度计算路面不
平度高程数据,导入 ADAMS 中建立不同等级路面三维模型,通过轮胎路面相互作
用非线性仿真计算,对轮胎纵向滑移、侧向滑移以及回正力矩等重要性能进行研
究,建立研究车辆主行驶动力学的可靠分析手段。
3. 高速车辆行驶动力学不仅要考虑路面激励作用,还要考虑发动机不平衡
力和力矩的激励作用。本文建立发动机多体模型,考虑高转速下配气系统刚柔耦
合多体动力学特性,研究车辆在路面、发动机联合激励下的动力学响应特性。
根据虚拟样机技术和计算多体动力学分析方法,建立包含轮胎路面力学模型
的摩托车多体系统,分析其虚拟试验环境中在路面和发动机联合激励下时域和频
域中的动力学响应和行驶动力学特性,建立虚拟样机仿真试验下摩托车研发和动
力学仿真分析的有效手段。
关键词:摩托车多体系统、虚拟样机、多刚体动力学、轮胎特性、刚柔耦合
I
天津大学博士学位论文
II
天津大学博士学位论文
ABSTRACT
As key performance index, riding stability, maneuverability and fort
capacity of motorcycle are investigated on the basis of the qualitative and quantitative
analysis for algebraic and differential equation on the motion and dyanmics of
motorcycle numerical model. Motorcycle is multibody system with sophisticated
topological non-tree configuration made of mechanical, electricaly, hydraulical and
controlling system, and turns to be high speed machine with lighter
motorcycle subjects to large degree of freedom and rough running condition, it is hard
to make elaborate quantitative analysis for its dynamic behavior from the simplified
model with lower degree of freedom. Simutaneously, in traditional design for new
motorcycle, repetitative cycle for design, mock-up and test is time-consuming and
costly; some performance tests are unpractical; non-linear suspension system is hard
to adjust; road tests could not produce same results in