基于刚柔耦合模型的电动轮自卸车平顺性分析与优化

基于刚柔耦合模型的电动轮自卸车平顺性分析与优化

伍文广１　谷正气１，２　米承继１

１．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，４１００８２

２．湖南工业大学，株洲，４１２００７

摘要：为了分析和优化自卸车的平顺性，在国内某矿山上对某国产大型电动轮自卸车进行了平顺性试验，得到了其甲板、座椅等位置的振动加速度并进行了分析，结果表明，其行驶平顺性较差，应当对其

进行优化。为了提高平顺性分析动力学模型的精确性，建立了包含柔性化车架的整车刚柔耦合多体动力学模型，并通过试验数据对模型进行了验证，结果表明，所建立的模型精度比纯刚体动力学模型提高了１１畅５％。针对非线性油气悬架的特点，以油气悬架结构参数为设计变量，以平顺性综合评价值为目标函数，建立了平顺性优化近似模型，采用Ｐｏｉｎｔｅｒ算法对其平顺性进行了优化，结果表明，优化后自卸车的平顺性提高了２７％。

关键词：刚柔耦合；近似模型；平顺性；电动轮自卸车；油气悬架中图分类号：Ｕ４６１．１ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－１３２Ｘ．２０１４．２０．０２２ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＲｉｄｅＣｏｍｆｏｒｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＷｈｅｅｌＤｕｍｐＴｒｕｃｋ

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１

１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＢｏｄｙ，

ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，４１００８２

２．ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｕｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ，４１２００７

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｏｆｔｈｅｄｕｍｐｔｒｕｃｋ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎ‐ｔｅｄａｄｏｍｅｓｔｉｃｌａｒｇｅ桘ｓｃａｌｅｅｌｅｃｔｒｉｃｗｈｅｅｌｄｕｍｐｔｒｕｃｋｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｔｅｓｔ，ｉｎａｎｏｐｅｎｐｉｔｍｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｖｉ‐ｂｒａｔｉｏｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｅｃｋａｎｄｔｈｅｃｈａｉｒｅｔｃ．ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｉｄｅｉｓｐｏｏｒｅｒ，ａｎｄｓｈｏｕｌｄｂｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｏｄｅｌ’ｓａｃｃｕｒａｃｙ，ａｃｏｕｐｌｅｄｍｕｌｔｉ桘ｂｏｄｙｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｉｓｔｒｕｃｋｗａｓｂｕｉｌｔ，ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｉｎ桘ｆｒａｍｅ，ａｎｄｍｏｄｅｌｗｅｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１１畅５％ｔｈａｎｔｈａｔｆｒｏｍｐｕｒｅｒｉｇｉｄｂｏｄｙｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｈｙｄｒｏ桘ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒｏ桘ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｖａｒｉａｂｌｅｓ，ａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｖａｌｕｅａｓｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓｕｒｒｏｇａｔｅｍｏｄｅｌｏｆｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｗａｓｂｕｉｌｔ，ｔｈｅＰｏｉｎｔｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔｏｆｔｈｅｔｒｕｃｋｉｍｐｒｏｖｅｓｂｙ２７％ａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｇｉｄ桘ｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓｕｒｒｏｇａｔｅｍｏｄｅｌ；ｒｉｄｅｃｏｍｆｏｒｔ；ｅｌｅｃｔｒｉｃｗｈｅｅｌｄｕｍｐｔｒｕｃｋ；ｈｙｄｒｏ桘ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ

收稿日期：２０１３—０４—１５

基金项目：国家高技术研究发展计划（“８６３”计划）资助项目（２０１２ＡＡ０４１８０５）；湖南省科技重大专项（２００９ＧＫ１００２）

０　引言

电动轮自卸车主要用于大型露天矿山和大型水利工程，运行条件恶劣，驾驶员持续工作时间非常长，对车辆平顺性要求非常高。国内外学者对

车辆平顺性研究较多［１桘９］

，主要是针对乘用车和普通货车进行分析，对电动轮自卸车平顺性的研究

较少。米承继等［１０］

采用参数辨识方法得到了自卸车油气悬架特性，并采用八自由度模型分析了

其平顺性。田玲玲等［１１］

采用三次多项式拟合了油气悬架特性曲线并对其进行了优化。但是，由于自卸车车架属于大型承载构件，故其固有振动

特性对车辆平顺性和操纵稳定性有重要影响［１２］。

车华军等［１３］、夏长高等［１４］

建立了轿车的刚柔耦合模型并对车辆操纵稳定性进行了分析。但是基于刚柔耦合模型的平顺性分析很少，对电动轮自卸车的分析更是少见，平顺性研究主要存在以下不足：首先，未研究车辆最重要部件（车架）的振动特性对平顺性的影响；其次，大部分平顺性研究缺少试验分析和模型验证；最后，大部分优化结论只能提供理论最优值，而不能直接应用优化结果。

本文在上述研究的基础上，采用子模态综合法建立了国产某电动轮自卸车车架柔性体，导入整车模型后建立了刚柔耦合动力学模型，通过试验验证了模型的准确性，最后对车辆平顺性进行了分析和优化。

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９１８２?基于刚柔耦合模型的电动轮自卸车平顺性分析与优化———伍文广　谷正气　米承继