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xxx学院本科毕业论文开题报告题目汽车平顺性仿真分析学生姓名xxx学号xxx所在学院机械工程学院专业班级xxxx指导教师xxx2015年3月17日题目汽车平顺性仿真分析一、选题的目的及研究意义中国商务部投资促进局和德勤12日联合发布《2014中国汽车行业发展报告》称，2013年中国汽车产销约占全球总产销量的四分之一，已连续五年稳居全球汽车产销量首位。2014年前三季度的中国汽车产销量已突破1700万辆，汽车工业已成为国民经济的重要支柱。调查表明，60%以上的人在乘车过程中会有难受、晕车甚至呕吐的事情发生。所以人们对汽车乘坐要求也越来越高，尤其向着安全、舒适、环保和节能的方向发展，特别是对汽车乘坐的舒适度更是人们追求的目标，然而汽车的平顺性是影响汽车乘坐舒适度的重要原因之一。因此，汽车平顺性的研究越来越受国内外重视。1.汽车平顺性研究意义汽车在一般行驶车速时为避免强烈振动或者冲击而使各位乘员舒适性的能力,并且还包括对于货车保持在运输货物过程中完好性的能力，这样的能力叫做汽车行驶平顺性。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称作乘坐舒适性。研究汽车平顺性的主要目的就是控制汽车系统的动态特性，使震动的输出在给定工况的输入下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。平顺性能如果在汽车行驶过程中比较差,由于强烈的振动而产生的冲击，驾驶员会选择降低汽车行驶速度,从而使汽车行驶的平均速度和运输生产率都下降；并且这样还会使零部件的加速磨损，降低它们的疲劳寿命和使用寿命；发动机如果不能在最佳转速运转时，燃油不充分，汽车的燃油经济性和排放性又会变差。汽车振动时,车轮在路面的跳动使附着性变差,影响汽车的操纵稳定性、动力性和制动性，并且影响汽车的在路上的行驶安全。车内噪声的主要来源之一也是车辆震动。由此看来，汽车的平顺性的研究是一件很有价值的事情更是十分有必要的。2.汽车平顺性建模的意义为了使汽车具有良好的平顺性，预测汽车性能极其重要。刚开始通过试验评价汽车平顺性的优良，是通过验证汽车建模与仿真结果的正确与否的方法。然而，汽车平顺性的试验研究当然重要，但是由于使用样车试验的方法，其设计周期长，耗费大量的人力、物力和财力，同时且不能满足现代汽车快速的更新、短的生产周期和汽车生产商之间激烈竞争的要求，因此汽车平顺性的建模与仿真研究变得非常重要。汽车平顺性的建模与仿真研究的好处是不受试验条件的限制，并且可以避免试验中的一些随机因素的影响，因此便于比较分析。建模与仿真能够对现有汽车进行评价，提出改进措施，而且最为重要的是它可以预测新产品的平顺性，可以发现平顺性存在的问题并及时解决，同时还能优化各参数间的匹配关系，改善汽车平顺性，缩短设计周期，降低生产成本，并且在设计初期就能够预测各部件对汽车平顺性的影响。国内外的学者在汽车平顺性的建模与仿真分析方面进行了大量的研究及其应用，但是，汽车建模与仿真分析简单的、快速的和精确程度的方法不仅影响着预测结果的真实性，而且还影响着设计周期的长短、生产成本的高低。为促进汽车平顺性的研究，为探讨更为好的建模与仿真方法，具有重要的意义。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等1.汽车平顺性研究现状在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性；但是在坏路上汽车被迫降低行车速度，所以减低了汽车的平均技术速度，使运输生产率下降。其次，振动和冲击产生的动载荷，使零件加速了磨损，乃至引起它们的损坏，因此降低了汽车的使用寿命。此外，振动和冲击还能引起能量的损耗，燃料经济性会因此变差。所以，减少汽车本身的振动冲击，不仅关系到乘员的舒适度和运输货物的完整性，而且还关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等方面。我国的汽车平顺性标准是借鉴国际上关于振动评价的标而准建立的，但与国际标准还有一定差距。2.国内外汽车平顺性建模与仿真研究现状2.1面向结构和面向参数的方法比较20世纪50年代后，仿真技术开始发展，并被逐渐引入到汽车振动研究领域。20世纪70年代，汽车动态仿真技术已在国外得到普及，产生了不同复杂程度的汽车型。汽车动态仿真的方法可以分为两大类：多体参数法和集中参数法。但是无论应用哪一种方法进行汽车平顺性分析，都必须建立合理而正确的汽车振动的力模型。多体参数法，是面向结构的方法，需要给定各部件的详细特征，将汽车的每一件看作刚体或弹性体，通过各种约束连接建立汽车结构系统振动的拓扑结构，然后相应的商业化软件，如ADAMS、DADS等进行仿真。商业化的多体参数法的软件需要使用者有很高的专业水平，同时，应用软件建的汽车模型一般自由度很多，有些参数难以得到，所以不能从整体上保证系统的准性。而且，复杂的模型在计算机上求解时间长，且一旦模型出错，很难准确查找问题。集中参数法，是面向参数的方法，不必考虑汽车的具体结构，只要根据汽车振动分析需要给出描述汽车零部件结构的质量、刚度和阻尼参数，即可进行汽车平顺性的分析。因此，应用集中参数法建立汽车结构系统振动的力学模型，方法简单。在汽车设计初期，由于不能完全得到汽车结构，应用集中参数法建立汽车结构系统振动的力学模型，对汽车平顺性的预测与分析是非常有效的。2.2国内汽车平顺性的发展趋势及应用领域从七十年代后期以来，随着随机振动理论、概率论、电子计算机技术在汽车行业中普及应用，以及一些先进试验测试设备、仪器的引进，我国汽车平顺性的实验研究工作有了突飞猛进的进展。许多国内学者经过努力，开展了大量的基础研究工作，制定了一系列近代的试验评价方法。例如八十年代初，长春汽车研究所、清华大学等首先采用ISO2631人体暴露在全振动环境下的评价指南国际标准进行汽车在实际道路上平顺性的评价研究。这套标准主要强调平顺性的不仅与真懂得强度有关，而且与振动的频率和方向有关。再例如应用数学统计的方法成功地设计出了汽车试验跑道。不少研究成果已应用到平顺性的评价与改进工作中，对我国汽车新产品的开发与老产品的改进起到了重要作用，缩短了我国汽车技术水平在这一领域与国际水平的差距。八十年代初，关于改进汽车平顺性的研究工作也取得了进展，如汽车结构动力学模型以及汽车平顺性计算机模拟的研究，汽车座椅振动的特性及其改进的研究，汽车悬架系统的结构分析和改进方面的研究。其中一些研究成果己经应用到了产品中，使汽车平顺性得到了改善。八十年代对汽车座椅的试验分析中，说明了座椅是影响汽车平顺性的重要因素。清华大学、长春汽车研究所进行了许多有关座椅的传递特性、人椅系统动态参数识别、座椅特性与汽车底盘振动特性的合理匹配等方面的研究。1994年重庆大学徐中明等对汽车座椅系统的动力分析进行了研究。1996年吉林工业大学林逸等对汽车座椅计算机辅助设计方法进行了探讨研究，该文通过建立7个自由度汽车动力学模型，对汽车座椅平顺性进行了仿真计算，并对座椅的刚度和阻尼进行了优化，提出了汽车座椅参数化绘图软件的开发方法。3.汽车平顺性仿真分析研究方法3.1MATLAB软件由于仿真采用的很多方法都要通过MATLAB软件来实现，所以介绍下MATLAB软件，方便阅览。MATLAB是由MathWork公司与1984年推出的一套计算软件，分为总包和若干个工具箱，可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。它将不同数学分支的算法以函数的形式分类成库，使用时直接调用这些函数并赋予实际参数就可以解决问题，快速而且准确。近年来，MATLAB在国内的知名度越来越大，并已被广泛的应用于教学和科研。该软件的特点可以归纳为以下几点：（1）简单易学MATLAB是一门编程语言，其语法规则与一般的结构化高级编程语言如C语言等大同小异，而且它不需要定义变量和数组，使用更加方便。具有一般语言基础的用户很快就可以掌握。（2）代码短小高效由于MATLAB已经将数学问题的具体算法编成了现成的函数，用户只要熟悉算法的特点、使用场合、函数的调用格式和参数意义等，使用调用函数就可以很快的解决问题，而不必花大量的时间纠缠于具体的算法。（3）计算功能非常强大该软件具有强大的矩阵计算功能，利用一般的符号和函数就可以对矩阵进行加、减、乘、除的运算以及转置和求逆运算，而且可以处理稀疏矩阵等特殊的矩阵，非常适合于有限元等大型数值算法的编程。此外，该软件现有的六十多个工具箱，可以解决数学和工程领域的绝大多数问题。（4）强大的图形表达功能该软件不仅可以绘制一般的二维、三维图形，如线图、条形图、饼图、散点图、直方图与误差条图等，还可以绘制工程特性较强的特殊图形，如玫瑰花图、极坐标图、二维、三维等值线图、三维表面图、假彩色图、二维、三维流线图、三维彩色流锥图、流沙图、流带图、流管图、卷曲图与切片图等，此外还可以生成快照图和进行动画制作。（5）可扩展性能可扩展性能是该软件的一大优点，用户可以自己编写M文件，组成自己的工具箱，以解决本领域内常见的计算问题。3.2汽车行驶平顺性的评价指标汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应，以及对保持货物完整性的影响制定的，并用振动的物理量，例如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值来评价汽车的行驶平顺性。试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为60～80次／min(1～1.6Hz),振动加速度的极限值为0.2g～0.3g。为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。如果车身加速度达到1g,没有经固定的货物，就有可能离开车厢底板。所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6g～0.7g。3.2.1人体对振动的反应70年代，国际标准化组织（ISO）在综合大量有关人体全身振动的研究工作和文献的基础上，订出了国际标准IS026311978E《人体承受全身振动的评价指南》，这样在人承受全身振动的评价方面才有了国际通用性标准。该标准用加速度的均方根值给出了在1～80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳降低工作效率界限和舒适降低界限。3.2.2暴露极限当人体承受的振动强度在这个极限之内，将保持健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。3.2.3疲劳-降低工作效率界限这个界限与保持工作效率有关。当驾驶员承受的振动在此界限内时，能保持正常地进行驾驶。3.2.4舒适降低界限此界限与保持舒适有关，它影响人在车上进行吃、读、写等动作。这三个界限只是容许的振动加速度值不同。暴露极限的值为疲劳-降低效率界限的2倍，舒适降低界限为疲劳-降低工作效率界限的1／3.15。各界限容许加速度值，随频率的变化趋势完全一样。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明（论文要写出相应的写作提纲）主要研究内容及解决方法主要以理论力学、统计数学等学科为理论基础，应用MATLAB仿真软件，针对某商用车，建9自由度整车动力学模型并进行平顺性仿真。具体工作是：1、阐述课题的背景及其目的以及汽车的平顺性研究的意义，针对汽车平顺性仿真的关键问题：路面激励建模、振动模型建模和仿真方法进行了综述和分析，提出本文研究的内容。2、路面模型与评价指标研究。汽车振动的主要源来源于路面，路面模型研究是汽车平顺性研究的关键之一。需要重点研究了汽车的时域路面激励模型。确定了采用谐波叠加原理模拟路面时域模型，针对平稳随机路面进行研究，用不同形式的三角级数进行模拟，以离散谱逼近目标随机路面模型。根据B级标准路面谱，模拟再现了路面的功率谱密度，验证了模拟路面与标准路面基本吻合。参考国标GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》，采用MATLAB程序编写路面程序，建立了标准B级随机路面，参考GB509286《汽车平顺性脉冲输入试验方法》建立了脉冲输入路面。重点介绍国际标准ISO2631-1(1997)《人体承受全身振动的评价指南》及GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入试验方法