轿车制动引起方向盘抖振分析与控制技术研究

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近年来,我国汽车正以突飞猛进的速度发展,在2009年更是突破了年产千万量大关,正式成为了年产千万量的汽车大国之一。汽车已经走进了人们的生活,走进了千家万户,正式成为了人们的一种代步工具,人们对汽车的乘坐舒适性也提出了更高的要求。而汽车的振动噪声问题成为影响汽车的乘坐舒适性主要因素之一,也是各大车企关注的焦点,长期以来各大汽车厂投入大量人力、物力致力于汽车振动噪声(NVH)问题的研究。而轿车制动时产生的转向盘抖振现象严重影响了驾驶员的乘坐舒适性,也使得驾驶员驾车更加疲劳,所以研究制动时产生的转向盘抖振问题显得很有必要。本论文是结合产学研合作项目“底盘部件NVH特性开发”进行的,对轿车转向盘抖振进行了深入、系统的仿真分析和实验研究,论文主要进行了以下研究工作:首先,通过大量阅读国内外相关文献,综述了制动引起转向盘抖振问题的国内外研究进展和现状。阐述了制动过程中的整车受力情况,介绍了制动器的结构。然后,利用有限元和多体动力学方法建立了整车刚弹耦合模型,其中转向系统为柔性体,其它系统为刚性体。随后把实车制动抖振试验采集到的制动力矩、制动初速度作为输入,转向盘的三向加速度作为输出,把同一制动工况下实车道路试验和整车刚弹耦合模型仿真分析所得的转向盘切向和垂向加速度随速度变化曲线、转向盘切向和垂向加速度的频率谱线分别进行对比分析,分析结果表明所建的整车刚弹耦合模型分析结果与实车试验结果基本一致,验证了整车刚弹耦合模型的有效性。接着对制动抖振实车试验进行了分析。分析了转向盘抖振的时域特点,得到转向盘加速度信号在整个制动过程中呈小—大—小变化的规律性。并对比分析了制动初速度和制动时的离合器状态对制动引起转向盘抖振的影响,结果表明制动初速度和离合器状态对制动引起转向盘制动抖振影响不大。分析了转向盘三个方向振动加速度的频率谱与车轮转速的变化关系,得出转向盘三向加速度的频率谱与车轮转速成明显的阶次关系,并且以二阶振动分量为主。进行了制动器台架试验分析,得出制动盘厚度差、制动力矩、制动压力三者之间的相关关系。最后提出了减小转向盘制动抖振的措施,通过在制动引起转向盘抖振的传递路径上加橡胶衬套和扭转减振器来减小转向盘抖振。对橡胶衬套的刚度和阻尼进行了L27(34)正交试验优化,以橡胶衬套的刚度和阻尼为试验因素,转向盘切向加速度峰值最小为目标函数。分析结果表明在选定的参数范围内方案21可使转向盘切向加速度峰值最小,所以把方案21所选的衬套参数定为优化的衬套参数。使用优化后的橡胶衬套,在制动力为35N、制动初速度为120km/h的情况下,转向盘切向和垂向加速度峰值分别减小了19.92%、45.49%,均方根值分别减小了29.36%、29.71%;在制动力为20N、制动初速度为120km/h的情况下,转向盘切向和垂向加速度峰值分别减小了18.91%、40.86%,均方根值分别减小了36.03%、30.08%。对扭转减振器进行了模型简化,确定了其扭转刚度值为22152.33 N ? m/deg和阻尼值为0.1 N * mm*s/deg,结果表明在制动力为35N、制动初速度为120km/h的情况下,转向盘切向和垂向加速度峰值分别减小了67.39%、65.79%,均方根值分别减小了67.86%、56.92%;在制动力为20N、制动初速度为120km/h的情况下,转向盘切向和垂向加速度峰值分别减小了55.79%、60.37%,均方根值分别减小了64.20%、58.14%。
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