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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求 開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題； 2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通 過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)； 3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 10 一、選題依據(jù)1、研究領(lǐng)域 節(jié)能車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析 2、論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 （1） 在石油資源日益枯竭、全球石油儲(chǔ)藏量急劇下降的背景下，我國(guó)汽車保有量卻以平均每年 12.08%的速度增加，我國(guó)對(duì)燃油的消費(fèi)需求以驚人的快速度增長(zhǎng)， 有很大一部分依賴進(jìn)口。一方面，我國(guó)汽車節(jié)油技術(shù)的應(yīng)用有限，燃油的使用效率普遍不高，汽車百公里耗油約比發(fā)達(dá)國(guó)家高 20%；另一方面，機(jī)動(dòng)車排放污染已經(jīng)成為我國(guó)污染物的主要來(lái)源之一。因此，汽車節(jié)油和環(huán)保問(wèn)題日益突出，面對(duì)有限的石油資源和國(guó)家能源戰(zhàn)略遇到的威脅與挑戰(zhàn)，汽車節(jié)能與環(huán)保技術(shù)已成為汽車技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。豐田公司將以常熟的研發(fā)中心為主推進(jìn)節(jié)能車、新能源車的國(guó)產(chǎn)化。同時(shí)， 常熟研發(fā)中心將和一汽集團(tuán)、廣汽集團(tuán)的合資公司研發(fā)中心組成豐田公司研發(fā)的“三駕馬車”。第十四屆上海國(guó)際汽車工業(yè)展覽會(huì)開(kāi)幕，豐田汽車公司社長(zhǎng)豐田章男在發(fā)布會(huì)上宣布了這一消息。為了進(jìn)一步普及環(huán)保車型，豐田公司將以常熟研發(fā)中心為主推進(jìn)節(jié)能車、新能源車的國(guó)產(chǎn)化。歐盟委員會(huì)發(fā)布了政策文件，公布了“清潔與節(jié)能車發(fā)展歐洲戰(zhàn)略（歐洲戰(zhàn)略）”，其宗旨是整合歐盟各成員國(guó)在清潔與節(jié)能車領(lǐng)域的資源，集成各成員國(guó)的相關(guān)技術(shù)，制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合研發(fā)、攻關(guān)、占領(lǐng)世界清潔與節(jié)能車制高點(diǎn)。我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的方針應(yīng)該是節(jié)能汽車與新能源汽車并舉。發(fā)展節(jié)能汽車是當(dāng)前最有效的節(jié)能減排的技術(shù)途徑，是目前的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的主流技術(shù)；發(fā)展新能源汽車是未來(lái)解決能源、環(huán)境問(wèn)題的根本方案。關(guān)于節(jié)能汽車與新能源汽車哪個(gè)更應(yīng)該受到重視的討論，在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)基本達(dá)成共識(shí)，結(jié)論是新能源汽車與節(jié)能汽車應(yīng)該并舉。所謂節(jié)能汽車，是指綜合應(yīng)用各類節(jié)能技術(shù)降低汽車油耗，燃料消耗量?jī)?yōu)于現(xiàn)階段目標(biāo)值的汽車；所謂新能源汽車，是指使用低碳環(huán)保的非石油燃料能源和相應(yīng)的新型動(dòng)力系統(tǒng)的汽車。當(dāng)前政府相關(guān)部門在多數(shù)文件中認(rèn)定的新能源汽車專指電動(dòng)汽車與具有相當(dāng)?shù)募冸婒?qū)動(dòng)里程的插電式混合動(dòng)力汽車。由于這些新能源汽車具有從根本上擺脫汽車能源對(duì)石油依賴和實(shí)現(xiàn)行駛零排放的特點(diǎn)，已經(jīng)被國(guó)家確認(rèn)為重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。 （2） 本論文即是以節(jié)能車設(shè)計(jì)為研究基點(diǎn)，以降低油耗為出發(fā)點(diǎn)，分析車架結(jié) 構(gòu)對(duì)車輛油耗特性的影響規(guī)律，為節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)做一些從理論到實(shí)戰(zhàn)的基礎(chǔ)研究工作。為達(dá)到節(jié)能的目車輛在設(shè)計(jì)時(shí)必須秉承輕量化原則，而在整車質(zhì)量中，作為主要承載部件的車架占了較大比例，是輕量化的首要對(duì)象，因此在滿足夠的剛度和強(qiáng)度的前提下縮小體積，減輕重量，使用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和材料使整個(gè)車架達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。 3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 節(jié)能作為當(dāng)今時(shí)代的主題之一，已經(jīng)深深地進(jìn)入我們的生活。而汽車作為人們?nèi)粘Ｉ畹拇焦ぞ?，?duì)其進(jìn)行節(jié)能分析早已是汽車業(yè)界的研究熱點(diǎn)。正是在這樣的時(shí)代背景中，節(jié)能車已連續(xù)多年成為高校學(xué)子們的研究對(duì)象，中國(guó)節(jié)能車大賽迎合了時(shí)代節(jié)能的主題，為各個(gè)參賽隊(duì)伍提供了一個(gè)自我展示的平臺(tái)，同時(shí)，盡可能的激發(fā)出各項(xiàng)創(chuàng)新能力和理念。比賽要求統(tǒng)一采用本田低油耗 125cc 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，讓各參賽隊(duì)伍在一定要求下設(shè)計(jì)制作參賽車輛，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)行駛一定距離而耗油量最少。就是這樣的比賽，吸引了大批的企業(yè)、學(xué)生和社會(huì)人士參賽，各式各樣的節(jié)能車在這里出現(xiàn)，從車身材質(zhì)、車身設(shè)計(jì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等各個(gè)方面都是亮點(diǎn)。在節(jié)能車車架輕量化方面，有的賽車引進(jìn)了更輕的碳纖維車體，甚至使用全碳纖維承載車架，也有些在車架打造的精密度上狠下功夫，最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)制作出最穩(wěn)定的車架。擁有 12 年參賽經(jīng)驗(yàn)的上海同濟(jì)大學(xué)志遠(yuǎn)車隊(duì)，卻將奪冠的秘籍定位成“細(xì)節(jié)的突破”。車身的計(jì)，他 們除了注重造型符合空氣力學(xué)原理和車身材質(zhì)高硬度輕重量之外，還在設(shè)計(jì)流程的標(biāo)準(zhǔn)化上下功夫，利用自身良好的科技條件，綜合各種客觀因素，使用先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)對(duì)節(jié)能車的構(gòu)造進(jìn)行可行性分析，使數(shù)據(jù)量化，以達(dá)到做出的車身一次性成型的目標(biāo)， 實(shí)現(xiàn)了整車結(jié)構(gòu)的輕量化，減少了對(duì)材料的浪費(fèi)。除此之外，志遠(yuǎn)車隊(duì)還通過(guò)改變前后軸的材料和熱處理方式、使用低滾阻輪胎等細(xì)節(jié)的改造，重新確定了傳動(dòng)比和大帶輪的加工方式，使得自身的節(jié)能車技術(shù)日趨完善，更加貼近節(jié)能環(huán)保的理念。所有參賽隊(duì)伍都的對(duì)車架的輕量化高度重視，因?yàn)檫@是節(jié)能車降低油耗的關(guān)鍵因素之一。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容 1. 重點(diǎn)解決的問(wèn)題 （1） 車架輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)； （2） 車架的理論分析依據(jù)及軟件力學(xué)仿真； （3） 車架實(shí)物模型焊接。 2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路） （1） 根據(jù)要求車設(shè)計(jì)車架、建立三維模型； （2） 建立有限元分析模型，完成有限元分析，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改進(jìn)模型； （3） 焊接完整車架并試驗(yàn)驗(yàn)證； （4） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)有限元模型符合度，優(yōu)化有限元模型； （5） 優(yōu)化三維模型，重新制造裝配車架； （6） 再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證直至達(dá)到要求。3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 （1） 車架輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型三維圖； （2） 車架的力學(xué)性能分析和軟件仿真的結(jié)果分析圖； （3） 焊接出車架的實(shí)物模型。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；以軟件三維建模的分析結(jié)果為依據(jù)加工實(shí)物。 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周：安排畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)基本流程、文獻(xiàn)檢索方法，掌握題目所需基本知識(shí)和工具軟件； 第 2 周：文獻(xiàn)檢索和查重，指導(dǎo)文獻(xiàn)管理軟件使用方法； 第 3 周：完成文獻(xiàn)綜述，指導(dǎo)開(kāi)題報(bào)告要求和寫(xiě)作方法，指導(dǎo)文獻(xiàn)綜述格式、內(nèi)容。提交文獻(xiàn)綜述； 第 4 周：提煉出畢業(yè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)與重點(diǎn)，明確需要掌握的知識(shí)、技能、軟件，完 成文獻(xiàn)綜述，提交開(kāi)題報(bào)告； 第 5 周：分解、細(xì)化內(nèi)容，學(xué)習(xí)軟件對(duì)應(yīng)模塊，夯實(shí)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，提交框架安排； 第 6 周：根據(jù)要求完成車架設(shè)計(jì)、建立三維模型 第 7 周：根據(jù)工況條件抽象車架受力狀況，完成模型簡(jiǎn)化 第 8 周：建立有限元分析模型，完成有限元分析，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改進(jìn)模型， 第 9 周：加工出車架，完成車架裝配 第 10 周：車架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 第 11 周：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)有限元模型符合度，優(yōu)化有限元模型 第 12 周：優(yōu)化三維模型，重新制造車架，實(shí)驗(yàn) 第 13 周：翻譯外文學(xué)術(shù)論文， 第 14 周：撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，生成圖紙。準(zhǔn)備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1] 劉成強(qiáng),林連華,徐海港,黃雪濤,劉宗澤. 汽車車架有限元分析與工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)[J /OL]. 熱加工工藝,2017,(23):199-200+204(2017-12-11).http://kns.cnki.net/k cms/detail/61.1133.TG.20171206.1838.060.html. 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Thin-Walled Structures,2007,45(7). 附：文獻(xiàn)綜述  文獻(xiàn)綜述 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以節(jié)能車車架為研究對(duì)象,運(yùn)用Slidworks 軟件建立車架三維模型, 并對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,根據(jù)結(jié)果進(jìn)行車架的輕量化設(shè)計(jì),并對(duì)設(shè)計(jì)后的車架進(jìn)行分析和驗(yàn)證。結(jié)果表明:優(yōu)化后的輕量化設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到節(jié)能目的。引言 資源日益消耗導(dǎo)致世界能源更趨緊張，世界各國(guó)對(duì)汽車節(jié)油的工作也越來(lái)越重 視，很多國(guó)家都把節(jié)能當(dāng)作一項(xiàng)基本國(guó)策在實(shí)施。隨著我國(guó)慢慢進(jìn)入“汽車型社會(huì)”，汽車耗能問(wèn)題在能源消耗中所占的比例也在逐年倍增，并成為我國(guó)對(duì)外石油高度依存度的主要原因，中央政府將節(jié)能減排工作列入了國(guó)家重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)工作的八大任務(wù)之中， 希望以此來(lái)推動(dòng)全社會(huì)的節(jié)能降耗，緩解國(guó)家能源危機(jī)。發(fā)展節(jié)能車是汽車發(fā)展的趨勢(shì)，而節(jié)能車車架輕量化則是影響節(jié)能車節(jié)能的關(guān)鍵因素之一，因此我們對(duì)節(jié)能車車架的輕量化進(jìn)行了研究。 主題 國(guó)內(nèi)汽車設(shè)計(jì)的主要手段是用傳統(tǒng)的樣車和舊車型作參考的模式。在對(duì)車架進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)對(duì)車架進(jìn)行大幅度的簡(jiǎn)化。因?yàn)橛媒?jīng)典力學(xué)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)， 為了能夠計(jì)算，必須把模型構(gòu)造的非常簡(jiǎn)單。這種方法不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大多依靠經(jīng)驗(yàn)， 缺乏科學(xué)性，而且也不可能針對(duì)多種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，車身車架是一個(gè)十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，用經(jīng)典力學(xué)的方法不可能得到精確的解答，特別是在設(shè)計(jì)的初期不會(huì)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。所以，以前的設(shè)計(jì)基本上是依賴于經(jīng)驗(yàn)和類比，缺乏建立在力學(xué)特性、剛度、強(qiáng)度等分析基礎(chǔ)上的科學(xué)依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，汽車車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。如模態(tài)試驗(yàn)方法、有限元方法等。其中，有限元方法已經(jīng)成為建立有限元模型、模擬車架的主要分析途徑，并慢慢走向成熟。當(dāng)前，國(guó)外各大汽車公司利用有限元軟件對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析、模態(tài)分析的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其工作重心已經(jīng)轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)分析、噪聲分析、碰撞分析的領(lǐng)域。而隨機(jī)激勵(lì)響應(yīng)分析可以用來(lái)對(duì)車輛的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)舒適性和噪聲等方面的分析。 現(xiàn)代汽車絕大多數(shù)都有作為整車骨架的車架，車架是整個(gè)汽車的基體。汽車絕大 多數(shù)部件和總成（如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向、駕駛室、貨箱及有關(guān)操縱機(jī)構(gòu)） 都是通過(guò)車架來(lái)固定其位置的。車架的功用是支撐連接汽車的各零部件，并承受來(lái)自車內(nèi)外的各種載荷。因此，車架的靜、動(dòng)態(tài)特性是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)和優(yōu)化的依據(jù)， 是確保整車性能優(yōu)良的關(guān)鍵因素之一。 車架作為節(jié)能車的裝配基體, 以車架為基礎(chǔ)將節(jié)能車的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)部件、制動(dòng) 系、轉(zhuǎn)向器以及相關(guān)的電子及電氣系統(tǒng)等各部分安裝在車架上, 形成了一個(gè)整體的節(jié)能車底盤(pán)。節(jié)能車在不同工況行駛時(shí), 所受到的作用力最終會(huì)作用于車架上, 因此, 對(duì)車架強(qiáng)度與剛度要求高。然而, 車架是一個(gè)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜和不規(guī)則的部件, 采用傳統(tǒng)的力學(xué)方法難以計(jì)算其強(qiáng)度、剛度及自振頻率, 因而利用軟件對(duì)參賽節(jié)能車的車架進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真分析, 為車架優(yōu)化及制作提供理論依據(jù)。 主要流程： （1） 根據(jù)要求完成車架設(shè)計(jì)、建立三維模型 （2） 根據(jù)工況條件抽象車架受力狀況，完成模型簡(jiǎn)化 （3） 建立有限元分析模型，完成有限元分析，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果改進(jìn)模型， （4） 加工出車架，完成車架裝配 （5） 車架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 （6） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)有限元模型符合度，優(yōu)化有限元模型 （7） 優(yōu)化三維模型，重新制造車架，實(shí)驗(yàn)主要工作： 1） 節(jié)能車總體設(shè)計(jì)方案選擇 節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)是為了制作完整的節(jié)能車用以參加本田節(jié)能競(jìng)技大賽，因此要自主設(shè)計(jì)的同時(shí)也要滿足參賽標(biāo)準(zhǔn)，在節(jié)能車總體布置形式的確定中應(yīng)該充分考慮到節(jié)能車制作的簡(jiǎn)易性、行駛穩(wěn)定性和行駛阻力的大小。根據(jù)節(jié)能競(jìng)技大賽的比賽規(guī)則,參賽車輛的車輪必須為 3 輪以上(包括 3 輪),并且要求其結(jié)構(gòu)必須滿足無(wú)論在車輛停止時(shí)還是行駛時(shí)都能自行站立的條件,在綜合分析后選擇前兩輪后一輪的設(shè)計(jì)方案。這種布置行駛在以往的節(jié)能競(jìng)技大賽中應(yīng)用最為廣泛，其優(yōu)點(diǎn)為在保證較小的行 駛阻力的前提條件下，能夠很好的保證行駛的穩(wěn)定性和行駛安全性，從而提高了節(jié)能車的安全性。 由于是比賽用車，而且是駕駛員駕駛的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就必須考慮多種思路和方法。傳統(tǒng)汽車的設(shè)計(jì)包括汽車車身設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，底盤(pán)設(shè)計(jì)。汽車電器與電子設(shè)計(jì)四個(gè)大部分。因?yàn)閭鹘y(tǒng)汽車的設(shè)計(jì)是針對(duì)乘用車、商用車，就需要加入減速器、變速箱等裝置。出于安全因素考慮，還得考慮到主動(dòng)安全和被動(dòng)安全，也必須強(qiáng)調(diào)汽車的動(dòng)力性、操作穩(wěn)定性、行駛平順性和良好的通過(guò)性，還有舒適度和較好的外形也是汽車設(shè)計(jì)研發(fā)中要綜合考慮的。而節(jié)能車是以競(jìng)技為主，降低油耗是首要考慮因素， 確定節(jié)能車的整體設(shè)計(jì)方案后對(duì)車架進(jìn)行輕量化處理是主要任務(wù)。 2） 車架的材料選擇 鋁制材料這里主要選取鋁合金，其質(zhì)量較鋼材較輕，而且在設(shè)計(jì)合理的前提條件下能讓車架保持足夠的強(qiáng)度。鋁制材料加工方便，材料的結(jié)合可以通過(guò)鋁焊或者鉚接等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。鋁制材料價(jià)格便宜，與碳纖維等一些高級(jí)材料相比雖然在強(qiáng)度和重量方面具有一定的差距，但在價(jià)格方面卻無(wú)疑有著明顯的優(yōu)勢(shì)，從而降低了車輛的制作成本。 3） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 節(jié)能車大賽的規(guī)則中對(duì)車架有明確的要求，參賽車輛必須為三輪以上（包括三輪），要求其結(jié)構(gòu)無(wú)論在停止時(shí)還是在行駛時(shí)都為三輪以上（包括三輪）結(jié)構(gòu)且能自行站立，車手的身體不能超出車架等等。因此在車架的設(shè)計(jì)制造上的要求只涉及到安全方面，可以放手去做，在車架的制造階段最終要的是結(jié)構(gòu)力學(xué)，用最少的材料制造出符合要求的車架，長(zhǎng)、寬、高必須在規(guī)定的尺寸內(nèi)盡量滿足，還要對(duì)車手的安全性有保障。為了滿足車架輕量化的要求。 4） 模型分析 通過(guò)在 solidworks 中建立節(jié)能車車架的有限元模型，綜合考慮了多種行駛狀況下的沖擊載荷對(duì)車架的作用，在這些沖擊破壞下對(duì)該車架進(jìn)行優(yōu)化，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，基于結(jié)構(gòu)可靠性和有限元法對(duì)新設(shè)計(jì)車架的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，并換用多種截面類型的梁進(jìn)行計(jì)算比較，找出了滿足強(qiáng)度和剛度要求的最小截面積，即質(zhì)量最輕的梁，從而實(shí)現(xiàn)了車架結(jié)構(gòu)的輕量化而強(qiáng)度和剛度也有保證。最主要的是如何設(shè)計(jì)出最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)而穩(wěn)定性最好的車架。 5） 車架制作 車架是承受載體重量的關(guān)鍵部位，車架的焊縫主要承受車運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)載作用，而車架剛性大，焊接后接頭的收縮力較大，因此必須選用合理的焊接方法及工藝參數(shù)，控制線能量。焊接過(guò)程中盡量避免補(bǔ)焊，減少重復(fù)加熱，保證接頭強(qiáng)度。 在車架制作完成后則需要對(duì)車架進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)添加載荷測(cè)量車架變形量來(lái)驗(yàn)證剛度和強(qiáng)度是否滿足要求，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪、轉(zhuǎn)向的安裝驗(yàn)證可行性。在反復(fù)改良 和驗(yàn)證之后制作出達(dá)到預(yù)期輕量化目標(biāo)的節(jié)能車車架?？偨Y(jié) 節(jié)能勢(shì)在必行，節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)是為了更好的研究如何降低車輛耗油量，在本文的研究中，首先討論了節(jié)能車車架的整體設(shè)計(jì)思路以及理論油耗的影響因素，繼而對(duì)車架系統(tǒng)進(jìn)行了基于輕量化目標(biāo)的研究分析，主要是借助 solidworks 軟件，車架模型的建立，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有限元強(qiáng)度的仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證車架的強(qiáng)度、剛度情況下進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的輕量化設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到節(jié)能目的。 壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要 發(fā)展節(jié)能車是未來(lái)汽車發(fā)展的趨勢(shì)，而節(jié)能車車架輕量化則是影響節(jié)能車節(jié)能的關(guān)鍵因素之一。本論文即是以節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)為研究基點(diǎn)，以降低油耗為出發(fā)點(diǎn)，分析車架結(jié)構(gòu)對(duì)車輛油耗特性的影響規(guī)律，為節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)做一些從理論到實(shí)戰(zhàn)的基礎(chǔ)研究工作。 國(guó)內(nèi)汽車設(shè)計(jì)的主要手段是用傳統(tǒng)的樣車和舊車型作參考的模式，在對(duì)車架進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)對(duì)車架進(jìn)行大幅度的簡(jiǎn)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，汽車車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。其中，有限元方法已經(jīng)成為建立有限元模型、模擬車架的主要分析途徑，并慢慢走向成熟。 本論文運(yùn)用solidworks軟件對(duì)車架進(jìn)行建模，并進(jìn)行利用有限元分析來(lái)分析車架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，然后再對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后再對(duì)車架進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證后對(duì)車架進(jìn)行再優(yōu)化，使車架結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。本文不僅運(yùn)用軟件對(duì)車架進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，還對(duì)車架進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證，力求設(shè)計(jì)出最合理的車架結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：節(jié)能車；車架；輕量化；三維建模；靜力分析；優(yōu)化設(shè)計(jì) ABSTRACT The development of energy-saving vehicles is the trend of the future development of automobiles, and the lightweight of energy-saving vehicles is one of the key factors that affect the energy saving of energy saving vehicles. This thesis is that energy saving car chassis design as the research basis, in order to reduce the fuel consumption as a starting point, analysis the influence law of the frame structure of vehicle fuel consumption characteristics, for energy conservation design of the car frame to do some basic research from theory to practical work. The main method of domestic automobile design is to use the traditional model and the old model as the reference model, and the vehicle frame can be greatly simplified in the analysis and design of the frame. With the rapid development of computer technology, the structure design of automobile frame is gradually changed from the traditional experience design method to the modern design method. Among them, the finite element method has become the main analytical way to establish the finite element model and the simulation frame, and gradually mature. This paper use solidworks software modeling was carried out on the frame, and using finite element analysis to analyze the frame structure strength, and then optimize the frame, optimization of frame again after verification, validation of frame after optimization, the frame structure to achieve optimal results. This paper not only uses the software to design the frame, but also carries on the physical verification of the frame, and tries to design the most reasonable frame structure. Key words： Fuel Efficient Veicle; Frame; Lightweight; Statical Analysis ; Optimizasion Design II 壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1節(jié)能車的概述 1 1.2節(jié)能車車架研究的目的和意義 1 1.3節(jié)能車的節(jié)能技術(shù) 1 1.4車架優(yōu)化的技術(shù)手段 2 2 節(jié)能車車架的設(shè)計(jì) 3 2.1節(jié)能車車架研究的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)路線 3 2.2車架結(jié)構(gòu)選擇 4 2.3車架材料的選擇 5 2.4車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 3 節(jié)能車車架模型的建立 8 3.1車架方案一三維模型的建立 8 3.2節(jié)能車車架方案二三維模型的建立 9 3.3車架方案三三維模型的建立 10 4 節(jié)能車車架有限元分析 13 4.1 Solidworks有限元分析應(yīng)用簡(jiǎn)介 13 4.2節(jié)能車車架的結(jié)構(gòu)靜力分析 13 4.3車架方案三結(jié)構(gòu)優(yōu)化 22 5 節(jié)能車車架事物焊接及優(yōu)化設(shè)計(jì) 25 5.1車架實(shí)物焊接 25 5.2節(jié)能車試跑結(jié)果分析 26 5.3驗(yàn)證后的優(yōu)化設(shè)計(jì) 27 6 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 附錄1：外文翻譯 32 附錄2：外文原文 39 致 謝 43 III 節(jié)能車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析 1 緒論 1.1節(jié)能車的概述 節(jié)能車是一種低耗底排的新型車，比普通汽車更環(huán)保更符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。本論文即是即是進(jìn)行節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)研究，為節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)做一些從理論到實(shí)戰(zhàn)的基礎(chǔ)研究工作。車架是車的重要部件，支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向器、離合器、駕駛室等所有車上有關(guān)部件的質(zhì)量，承受著基本上整個(gè)車子的各種重力和力矩。此外，節(jié)能車要達(dá)到節(jié)能的目的必須進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，而輕量化設(shè)計(jì)則對(duì)車架的結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求，車架必須有足夠的彎曲剛度以保證安裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)位置在車輛行駛過(guò)程中保持不變并使車身的變形量最小；車架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與使用壽命，整個(gè)車架在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重變形和開(kāi)裂。 1.2節(jié)能車車架研究的目的和意義 1.2.1車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的 而通過(guò)車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)又能有效的減少車重，從而降低油耗。 1.2.2車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義 我國(guó)的汽車保有量逐年增加，需要更多的燃油，所以節(jié)能減排是中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)需要考慮的關(guān)鍵，也值得國(guó)家重視。車架的輕量化能夠減少整車質(zhì)量，從而能使汽車達(dá)到節(jié)能減排的目的，節(jié)油了能源和資本，從而具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 1.3節(jié)能車的節(jié)能技術(shù) 為能提高節(jié)能車的節(jié)油特性，可以優(yōu)化的對(duì)象有：傳動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、汽缸、化油器、車架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車輪和輪胎等，本文著手于節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)分析。 車架提供給節(jié)能車的節(jié)油特性就是車架的重量。首先是車架材料的選擇，車架材料很大程度上決定著車架的重量。然后是車架的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)能有效減少車架的重量。但是車架是節(jié)能車的重要部件，車架支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向器、離合器、駕駛室等所有車架上需要支撐的部件的質(zhì)量，承受著基本上整個(gè)車子的各種重力和力矩，因此對(duì)節(jié)能車車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有一定的要求。接著是車架的輕量化設(shè)計(jì)，在保證車架的彎曲剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都滿足要求的情況下，對(duì)車架的一些不重要部位以及車架材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，一些受力不大或者對(duì)整車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響不大的部位可以相應(yīng)的去除。以此來(lái)減輕車架的重量，然后達(dá)到節(jié)能的目的。 1.4車架優(yōu)化的技術(shù)手段 本次節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)主要用solidworks軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，車架的優(yōu)化也是用solidworks軟件的Simulation插件進(jìn)行有限元分析，分析車架的靜應(yīng)力以及受力變形情況，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化。solidworks有限元分析應(yīng)用于機(jī)械、汽車、家電、電子產(chǎn)品等產(chǎn)品設(shè)計(jì)及研發(fā)，能夠確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的安全合理性，同時(shí)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案。 本論文最初設(shè)計(jì)了三套車架方案，運(yùn)用solidworks軟件建模，然后再用solidworks的Simulation插件分別對(duì)三套車架方案進(jìn)行靜應(yīng)力分析，分析后選擇出一套比較合理的車架方案，然后進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證，驗(yàn)證后再優(yōu)化分析，然后再驗(yàn)證。通過(guò)這樣分析-優(yōu)化-分析-驗(yàn)證-優(yōu)化-分析-驗(yàn)證的方式，進(jìn)行來(lái)回的優(yōu)化、分析和驗(yàn)證，對(duì)車架結(jié)構(gòu)不斷的進(jìn)行調(diào)整和驗(yàn)證，以求出最合理的車架。 2 節(jié)能車車架的設(shè)計(jì) 2.1節(jié)能車車架研究的基本內(nèi)容及設(shè)計(jì)路線 2.1.1 節(jié)能車設(shè)計(jì)的大致內(nèi)容 （1）進(jìn)行節(jié)能車總體布局設(shè)計(jì)； （2）進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （3）進(jìn)行有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)； （4）進(jìn)行車架實(shí)物焊接驗(yàn)證。 2.1.2 技術(shù)路線 表2-1 節(jié)能車車架設(shè)計(jì)路線 分析題目，查閱并收集資料 根據(jù)資料確定設(shè)計(jì)方案 完成節(jié)能車總體布局設(shè)計(jì) 節(jié)能車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 用solidworks軟件分析 對(duì)車架進(jìn)行實(shí)物焊接驗(yàn)證 完成裝配圖、零件圖 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) N 2.2車架結(jié)構(gòu)選擇 車架是整個(gè)節(jié)能車的骨架，其需要支撐發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向裝置、車輪、駕駛座、車殼等。因此在進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝、駕駛員的駕駛空間、轉(zhuǎn)向裝置的安裝方式、車輪軸的支撐方式以及傳動(dòng)裝置傳動(dòng)方式的調(diào)整等。 目前車架的類型大概有這幾種：平板式、空間桁架式、梯形式、X型式、脊骨式。雖然近段有的汽車廠在進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)使用多種車架類型組合的復(fù)合結(jié)構(gòu)甚至無(wú)骨架結(jié)構(gòu)。但由于本文所設(shè)計(jì)的是節(jié)能車的車架，其要求重量更輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以本文還是選擇單一結(jié)構(gòu)形式的車架。而在車架材料的選擇上，管道或型鋼焊接的車架最符合本文的設(shè)計(jì)要求，但這需要焊接設(shè)備和焊接技術(shù)做支撐。 在多種車架類型中，最常用的是平板式、空間桁架式和脊骨式，在進(jìn)行車架總體方案選擇時(shí)注意控制轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)形式，車手的駕駛姿勢(shì)以及車殼的裝卸等問(wèn)題。由于車架在是整車的骨架，其要支撐起整個(gè)車輛，所以還得考慮駕駛產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)車架的變形量，這會(huì)影響到各個(gè)部位安裝后會(huì)發(fā)生位移變形，導(dǎo)致節(jié)能車在駕駛時(shí)出現(xiàn)各種問(wèn)題，比如轉(zhuǎn)向靈敏度不符合要求，傳動(dòng)裝置出現(xiàn)卡死等。 以下是常見(jiàn)的車架類型： 圖2.1 平板式 圖2.2 空間式 圖2.3 梯形 圖2.4 X型 圖2.5 脊骨式 在節(jié)能車車架的結(jié)構(gòu)上，在經(jīng)過(guò)對(duì)多種車架類型的分析比較后，本設(shè)計(jì)的車架方案選擇上浮式和空間桁架式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其大體結(jié)構(gòu)如下圖： 圖2.6 上浮式和空間桁架式車架 2.3車架材料的選擇 本次設(shè)計(jì)的節(jié)能車車架所采用的材料是6061鋁合金。 6061鋁合金的主要合金元素是鎂和硅具有中等強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性、可焊接性，氧化效果較好等優(yōu)點(diǎn)。美鋁6061是6系合金的主要合金，是經(jīng)熱處理預(yù)拉伸工藝的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品；美鋁6061具有加工性能極佳、良好的抗腐蝕性、韌性高及加工后不變形、上色容易、氧化效果極佳等優(yōu)良特點(diǎn)。 2.4車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目前汽車制造企業(yè)的汽車設(shè)計(jì)的車輪大多都是3-4個(gè)，但本文所設(shè)計(jì)的節(jié)能車是為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，進(jìn)一步減少車重，從而達(dá)到節(jié)能的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪直接通過(guò)鏈條與驅(qū)動(dòng)車輪的鏈輪相連并進(jìn)行傳動(dòng)，所以本次所設(shè)計(jì)的車架都是前兩輪后一輪的節(jié)能車車型。 車架的類型以及車輪結(jié)構(gòu)確定后本次就需要測(cè)量車架的具體尺寸，其大致是通過(guò)對(duì)車手的體型和坐姿定下整車的初步尺寸，在根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪等個(gè)裝置進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量，車身高度盡可能降低，可以參考發(fā)動(dòng)機(jī)豎直放置時(shí)的最高點(diǎn)，這個(gè)高度車手躺下時(shí)的視野也是可以滿足車手的駕駛要求。整車的車架重心不能太高，避免車輛在駕駛時(shí)高速轉(zhuǎn)彎會(huì)發(fā)生翻車的危險(xiǎn)，底盤(pán)高度也要保證有足夠的離地間隙，防止車輛行駛過(guò)程中由于地面不平和自身震動(dòng)而出現(xiàn)底盤(pán)觸地的現(xiàn)象。通過(guò)前后載荷的分配來(lái)確定軸距輪距，保證有車輪對(duì)地面有足夠附著力，避免車輛在高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)向和剎車不靈的情況發(fā)生。在保證車架用料少的同時(shí)，也利于車身設(shè)計(jì)的流線型。 車架的前半部分大致是根據(jù)駕駛員的身高以及試駕姿勢(shì)確定，首先是置腳橫梁到前輪支撐梁的距離，在駕駛員坐下之后腿部伸長(zhǎng)的距離來(lái)確定；再根據(jù)駕駛員的前腳部的活動(dòng)范圍確定了置腳橫梁的橫向距離，因?yàn)橐紤]安裝腳踏板，所以置腳橫梁的寬度要比實(shí)際腳部的活動(dòng)范圍稍大；然后根據(jù)駕駛員駕駛時(shí)臀部的位置，確定車架前輪支撐梁到座椅橫梁的縱向距離，再根據(jù)駕駛員的體形需要確定座椅橫梁的橫向?qū)挾龋桓鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的極限高度和駕駛員駕駛時(shí)頭部的高度確定座椅立梁的極限高度；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)體積的尺寸確定發(fā)動(dòng)機(jī)固定橫梁與車架座椅橫梁的間距；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)底部定位孔的位置來(lái)確定支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)固定橫梁的相對(duì)位置；根據(jù)后輪的大小以及發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪傳動(dòng)時(shí)需要的空間確定后輪支撐梁的位置；根據(jù)選用車輪的直徑的大小和節(jié)能車底盤(pán)高度來(lái)確定后輪支撐樑與車架最下端的相對(duì)高度；根據(jù)駕駛員的駕駛姿勢(shì)來(lái)確定支撐駕駛員背部的斜樑的角度；由于前輪支撐梁中間連接的橫梁需要安裝轉(zhuǎn)向，所以前輪支撐梁的高度則根據(jù)駕駛員駕駛時(shí)其手部最方便的活動(dòng)范圍以及駕駛員的視野狀況來(lái)確定前輪支撐梁的高度。 根據(jù)要求，本文運(yùn)用CAD軟件設(shè)計(jì)了三個(gè)不同結(jié)構(gòu)的車架進(jìn)行分析對(duì)比，三種車架方案駕駛員都是選用體型較小的40kg重、身高在1550mm左右的女駕駛員，駕駛員半躺駕駛，后置發(fā)動(dòng)機(jī)，單后輪驅(qū)動(dòng)。車架尺寸如下： 1、方案一 握把轉(zhuǎn)動(dòng)式轉(zhuǎn)向，最大轉(zhuǎn)向角20度，駕駛員視線角度上下為90度，左右為120度，接近角為8度。車架總長(zhǎng)2335mm，總高625mm，車架最寬600mm，軸距1861mm，輪距800mm。 圖2.7 車架方案一設(shè)計(jì)圖紙 2、方案二 握把轉(zhuǎn)動(dòng)式轉(zhuǎn)向，最大轉(zhuǎn)向角20度，視線角度上下為90度，左右為120度，接近角為8度?？傞L(zhǎng)2805mm，總高675mm ，車架最寬600mm， 軸距1861mm，輪距800mm。 圖2.8 車架方案二設(shè)計(jì)圖紙 3、方案三 前后拉桿式轉(zhuǎn)向，最大轉(zhuǎn)向角20度，視線角度上下為90度，左右為120度，接近角為8度?？傞L(zhǎng)2380mm，總高390mm，車架最寬500mm，軸距1420mm，輪距800mm。 圖2.9 車架方案三設(shè)計(jì)圖紙 3 節(jié)能車車架模型的建立 前面設(shè)計(jì)了車架的具體尺寸大小，下面再利用solidworks繪制三個(gè)車架的立體圖形，方便對(duì)車架進(jìn)行分析和優(yōu)化。 3.1車架方案一三維模型的建立 1、建模流程如下： （1）用solidworks建模，用多步凸臺(tái)拉伸命令，創(chuàng)建車架底板模型。 圖3.1 車架方案一模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 （2） 用solidworks建模，用凸臺(tái)拉伸和掃描命令，進(jìn)一步創(chuàng)建車架前輪支撐樑和前置腳橫梁的斜拉梁。 圖3.2 車架方案一模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 （3）用solidworks建模，用凸臺(tái)拉伸和掃描命令，進(jìn)一步創(chuàng)建車架座椅斜梁及后橋立梁。 圖3.3 車架方案一模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 （4） 車架方案一建模完成。 圖3.4 車架一模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 2、車架模型特點(diǎn) 由于車架座椅斜梁及后橋立梁支撐駕駛員，為了加強(qiáng)駕駛員后部、后橋前部這一部分縱梁的剛度，防止出現(xiàn)嚴(yán)重變形的情況，本文在上部增加了輔助縱梁，但為了發(fā)動(dòng)機(jī)安裝方便，輔助縱梁和車架底部的高度大于450mm。 3.2節(jié)能車車架方案二三維模型的建立 1、建模流程如下： （1）用solidworks建模，用凸臺(tái)拉伸和掃描命令。 圖3.5 車架方案二模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 （2） 車架方案一建模完成。 圖3.6 車架方案二模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 2、車架模型特點(diǎn) 為加強(qiáng)后橋的強(qiáng)度，增設(shè)了輔助斜梁，從而加強(qiáng)車架車架整體的剛度和強(qiáng)度。而且比方案一節(jié)省了一定的材料，和減少了一定的車架質(zhì)量。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了整車的輕量化，但是其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要進(jìn)一步分析是否滿足要求。 3.3車架方案三三維模型的建立 1、 建模過(guò)程如下： （1） 用solidworks建模，用多步凸臺(tái)拉伸命令，創(chuàng)建車架底板模型。 圖3.7 車架方案三模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 （2） 用solidworks建模，用多步凸臺(tái)拉伸、掃描和鏡像命令，進(jìn)一步創(chuàng)建車架其余橫梁以及斜樑。 圖3.8 車架方案三模型創(chuàng)建過(guò)程截圖 （3） 車架方案三模型建立完成。 圖3.9 方案三車架建模過(guò)程截圖 2、車架模型特點(diǎn) 由于此車架沒(méi)有設(shè)計(jì)安裝轉(zhuǎn)向把手的橫梁，所以此車架的轉(zhuǎn)向采用安裝在兩側(cè)的前后拉桿式轉(zhuǎn)向，這樣設(shè)計(jì)是為了方便車手的近出入，而且結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，此車架結(jié)構(gòu)為空間桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了大量的三角形結(jié)構(gòu)來(lái)增加其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 4 節(jié)能車車架有限元分析 4.1 Solidworks有限元分析應(yīng)用簡(jiǎn)介 solidworks有限元分析應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子產(chǎn)品、建筑等產(chǎn)品設(shè)計(jì)及研發(fā)。其作用是：確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的安全合理性，同時(shí)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案，降低材料的消耗或成本，在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題; 模擬各種試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的核心技術(shù)。 使用solidworks進(jìn)行有限元分析的一般步驟： 1、建立數(shù)學(xué)模型； 2、建立有限元模型； 3、求解有限元模型； 4、結(jié)果分析。 4.2節(jié)能車車架的結(jié)構(gòu)靜力分析 分析車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力就是要保證所設(shè)計(jì)的車架其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在材料的屈服強(qiáng)度范圍之內(nèi)，防止車架有超出其結(jié)構(gòu)能承受的最大應(yīng)力而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效的情況。本文采用的車架材料是6061鋁合金，材料屈服強(qiáng)度為55.15MPa，所以我們要控制車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力在其范圍之內(nèi)。并且車架出現(xiàn)的變形要小于2mm。 4.2.1 Solidworks車架網(wǎng)格的劃分 方案一、二、三對(duì)應(yīng)的車架模型都是采用基于曲率的網(wǎng)格劃分。 圖4.1 網(wǎng)格因子參數(shù) 1、 方案一網(wǎng)格劃分前后截圖。 圖4.2 網(wǎng)格劃分截圖 2、 方案二網(wǎng)格劃分前后截圖。 圖4.3 網(wǎng)格劃分截圖 3、 方案三網(wǎng)格劃分前后截圖。 圖4.4 網(wǎng)格劃分截圖 4.2.2 Solidworks施加夾具和載荷 1、施加約束 本次分析主要是為了研究車架的靜應(yīng)力，忽略其他力的影響，本文分別對(duì)所設(shè)計(jì)三個(gè)車架的主受力面施加約束，車架主要受力有整車和車手的重力，而其支撐部位則為三個(gè)車輪的位置，所以需要要在車輪的支撐樑上施加約束。 圖4.5 solidworks關(guān)于約束的描述 根據(jù)車架受到車輪的力，本次分析本文采用的夾具為在平面上，然后限制其兩個(gè)方向的自由度，只留一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的自由度，這樣能夠更直觀的分析出車架受到的靜應(yīng)力。 圖4.6 solidworks添加約束 圖4.7 車架方案一施加約束圖 圖4.8 車架方案二施加約束圖 圖4.9 車架方案三施加約束圖 2、 施加載荷 添加約束完成后，接著對(duì)車架施加載荷。除了車架自身重力外，還有車手、發(fā)動(dòng)機(jī)等施加在車架上的重力，本次分析主要是車架自身、車手和發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)車架施加的重力，所以載荷施加的部位分別為支撐車手和發(fā)動(dòng)機(jī)的位置。 圖4.10 方案一施加載荷截圖 圖4.11 方案二施加載荷截圖 圖4.12 方案三施加載荷截圖 4.2.3 Solidworks車架的靜應(yīng)力分析結(jié)果 圖4.13 方案一的車架位移圖 圖4.14 方案一的車架應(yīng)力圖 圖4.15 方案二的車架位移圖 圖4.16 方案二的車架應(yīng)力圖 圖4.17 方案三的車架位移圖 圖4.18 方案三的車架應(yīng)力圖 4.2.4車架靜力分析的對(duì)比 通過(guò)solidworks軟件對(duì)三個(gè)車架進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜力分析，發(fā)現(xiàn)車架變形不顯著，應(yīng)力均不大，位移也都在預(yù)算范圍之內(nèi)，三種車架方案的分析結(jié)果對(duì)比如下： 表4.1 三種方案的靜應(yīng)力分析結(jié)果 方案一 方案二 方案三 最大位移值 /mm 0.38 1.57 1.01 最大應(yīng)力值 /MPa 10.43 18.21 24.67 由表4.1可知，方案三所對(duì)應(yīng)的車架的應(yīng)力最大值為24.67MPa，小于所選材料6061鋁合金的屈服極限55MPa，而且其位移為1.01mm，方案二的最大位移量則是最大的，其應(yīng)力也不是最小的。三種方案通過(guò)比較可以看出，方案一所受的最大應(yīng)力和最大位移都比方案二和方案三的要小。再結(jié)合在第二章所討論的內(nèi)容可以得出一個(gè)暫時(shí)的結(jié)論：方案一是三個(gè)方案中較好的一個(gè)方案。 圖4.19 三種車架方案的質(zhì)量屬性 在完成對(duì)三種車架的靜應(yīng)力分析后，發(fā)現(xiàn)車架所受的最大應(yīng)力都遠(yuǎn)小于車架材料的屈服強(qiáng)度，因此都滿足本次的要求，然后本文再對(duì)三種車架方案的重量進(jìn)行對(duì)比，方案一重量7.614kg是三個(gè)車架中最重的一個(gè)，而方案二和方案三分別為2.405kg和2.845kg，其重量差距不大接。因此，本文再對(duì)三種車架方案的結(jié)構(gòu)合理性、焊接難度以及車手上下車的方便的問(wèn)題進(jìn)行了對(duì)比，最終決定對(duì)方案三進(jìn)行優(yōu)化和實(shí)物焊接驗(yàn)證。 表4.2 三種方案的重量對(duì)比 方案一 方案二 方案三 重量 kg 7.614 2.405 2.845 4.3車架方案三結(jié)構(gòu)優(yōu)化 選定方案三作為本文設(shè)計(jì)的車架方案后，再對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)其在前面的分析中，發(fā)現(xiàn)其發(fā)動(dòng)機(jī)部位的輔助直梁受力并不大，因此取消該直梁對(duì)車架整體的結(jié)構(gòu)影響并不大。 圖4.20 車架優(yōu)化取消的輔助直梁 同樣，前輪橫梁的輔助支撐斜梁所受應(yīng)力也不大，其對(duì)車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響較小，因此也可以取消。 圖4.21 車架優(yōu)化取消的輔助支撐斜梁 取消該直梁后再對(duì)車架進(jìn)行應(yīng)力分析，確認(rèn)取消輔助直梁后車架整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在允許范圍之內(nèi)，應(yīng)力分析結(jié)果圖如下： 圖4.22 車架取消輔助直梁后的應(yīng)力分析結(jié)果圖 圖4.23 車架取消輔助直梁后的應(yīng)力分析結(jié)果圖 圖4.24 車架取消輔助直梁后的應(yīng)力分析結(jié)果圖 根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果圖顯示，車架最大受力位置位于前輪橫梁與中間直梁的接觸位置，其大小為39.17MPa，小于材料的屈服強(qiáng)度55.15MPa，所以取消發(fā)動(dòng)機(jī)部位的輔助直梁后車架整體強(qiáng)度在允許范圍之內(nèi)，而其最大位移為1.483mm，重量為1.8kg。受力，位移和重量在優(yōu)化后的變化如下表： 表4.3 車架優(yōu)化后的對(duì)比 優(yōu)化前 優(yōu)化后 最大位移值 /mm 1.01 1.594 最大應(yīng)力值 /MPa 24.67 36.66 重量 /kg 2.845 2.567 5 節(jié)能車車架事物焊接及優(yōu)化設(shè)計(jì) 5.1車架實(shí)物焊接 本次節(jié)能車車架的設(shè)計(jì)不能止步于書(shū)面的研究，應(yīng)該進(jìn)行實(shí)物模型的建立，這樣才能更直觀的對(duì)車架進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，優(yōu)化那些用solidworks設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。在進(jìn)行分析對(duì)比后，本文選擇對(duì)方案三進(jìn)行實(shí)物焊接，并進(jìn)行裝載驗(yàn)證。 圖5.1 車架焊接 車架焊接完成后進(jìn)行車輪、轉(zhuǎn)向、發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的安裝，在安裝部件的過(guò)程中，由于最初設(shè)計(jì)時(shí)為了讓駕駛員出入方便，前輪位置并沒(méi)有設(shè)計(jì)上橫梁，因此轉(zhuǎn)向不能采用常規(guī)的輪盤(pán)式轉(zhuǎn)向盤(pán)，轉(zhuǎn)向手把常見(jiàn)有兩種方式，輪盤(pán)式和前后拉桿式。由于本次設(shè)計(jì)的車架結(jié)構(gòu)的原因，本次設(shè)計(jì)采用前后拉桿式的轉(zhuǎn)向，其體積小，控制靈敏。 圖5.2 車架部件安裝 在安裝完各個(gè)主要部件后試駕： 圖5.3 節(jié)能車試駕 然后進(jìn)行實(shí)地試跑，并收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)操場(chǎng)一圈400米算，駕駛節(jié)能車跑25圈，等于行駛10公里，而行駛10公里的油耗為75ml，換算為133.33km/L。 圖5.4 節(jié)能車試跑 5.2節(jié)能車試跑結(jié)果分析 在實(shí)物模型的建立和試駕過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以下的問(wèn)題，并進(jìn)行改動(dòng)： （1） 車架前端變形幅度較大。由于采用的不是本次設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)的6061鋁合金材料，而是用鍍鋅管焊接，材料的性能差異導(dǎo)致車架前端支撐腳部的位置出現(xiàn)較大變形。 （2） 底盤(pán)過(guò)低。這會(huì)導(dǎo)致節(jié)能車在行駛過(guò)程中發(fā)生較大震動(dòng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)底盤(pán)觸地的情況，這需要修改車架后輪支撐部分的高度，前輪只需要對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)連接前輪輪軸的高度進(jìn)行改動(dòng)。 （3） 駕駛員坐姿太低。本次所設(shè)計(jì)的車架是半躺式，這就會(huì)影響駕駛員駕駛時(shí)的視野情況，并且舒適度不高，因此需要對(duì)背靠的斜梁的角度進(jìn)行調(diào)整，提高車手的視野角度。 5.3驗(yàn)證后的優(yōu)化設(shè)計(jì) 針對(duì)上述的問(wèn)題對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化，提高車架性能。首先是對(duì)車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，由于車架前端出現(xiàn)較嚴(yán)重的變形，所以要改變前端直梁的結(jié)構(gòu)，由原先的正方形管改為長(zhǎng)方形管： 圖5.5 車架前端樑直梁修改前和修改后截面圖 然后是提高背靠斜梁的傾斜角度以提高駕駛員的駕駛視角，將原先的傾斜角度41°改為46°： 圖5.6 車架背靠斜梁角度調(diào)整 然后是對(duì)車架進(jìn)行輕量化處理，由于前面本文對(duì)車架進(jìn)行靜應(yīng)力分析時(shí)車架受到的應(yīng)力遠(yuǎn)小于其屈服應(yīng)力，所以可以減小車架材料的壁厚，以減小車架的整體重量，壁厚由原先的2.5mm改為1.5mm。修改壁厚后再對(duì)車架進(jìn)行分析，得到結(jié)果其最大應(yīng)力值為39.17Pa，依然在屈服強(qiáng)度之內(nèi)，而其變形位移最大位于前端橫梁值處，位移大小為1.48mm，都在預(yù)算范圍之內(nèi)。 圖5.7 優(yōu)化后的車架應(yīng)力分析圖 圖5.8 優(yōu)化后的車架位移分析圖 圖5.9 車架修改壁厚后的質(zhì)量屬性 與修改壁厚前的車架重量相比，修改壁厚后的車架重量得到減輕，所受最大應(yīng)力和最大位移的變化如下表： 表5.1 車架輕量化后的分析數(shù)據(jù)對(duì)比 優(yōu)化前 優(yōu)化后 最大位移值 /mm 1.594 1.483 最大應(yīng)力值 /MPa 36.66 39.17 重量 kg 2.567 1.802 隨后本文在進(jìn)行各種調(diào)整之后，再重新對(duì)車架進(jìn)行焊接并安裝上車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向等各個(gè)裝置，再進(jìn)行試跑，同樣是行駛10公里，油耗為63ml，換算為158.73km/L，優(yōu)化后的車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，并且油耗得到降低，達(dá)到本次設(shè)計(jì)的目的。 表5.2 車架優(yōu)化前后油耗對(duì)比 優(yōu)化前 優(yōu)化后 油耗ml 75 63 6 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)節(jié)能車車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析，其大體流程是：首先本文是根據(jù)查閱的資料用CAD設(shè)計(jì)出三套車架方案，然后用SolidWorks進(jìn)行建模并分析，選出較符合本文設(shè)計(jì)要求的車架方案進(jìn)行優(yōu)化，然后進(jìn)行車架焊接驗(yàn)證，再根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完成在進(jìn)行車架焊接而后實(shí)地試跑并進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，以便看出車架優(yōu)化后是否達(dá)到預(yù)期節(jié)油的效果。在對(duì)車架進(jìn)行數(shù)次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和輕量化后，根據(jù)幾次數(shù)據(jù)的對(duì)比，車架重量從最初的2.845kg優(yōu)化到1.802kg，車輛的油耗得到下降，達(dá)到本次設(shè)計(jì)的目的。在第五章部分，在對(duì)車架進(jìn)行輕量化時(shí)，車架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和車架材料對(duì)輕量化有很大的影響，車架設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能直接影響到輕量化時(shí)的方向，而材料則影響到車架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和重量。并且進(jìn)行車架實(shí)物焊接時(shí)我們遇到許多在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，比如駕駛員的視角狀況，駕駛員上下車是否方便等問(wèn)題。駕駛可見(jiàn)視角會(huì)影響到駕駛員駕駛時(shí)對(duì)路面情況的判斷，而上下車是否方便則考慮的是在駕駛車輛的過(guò)程中如果車輛發(fā)生事故駕駛員能否快速逃生。所以在對(duì)車架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)物驗(yàn)證是很有必要的。最后本文設(shè)計(jì)出了一個(gè)結(jié)構(gòu)比較合理，重量較輕的節(jié)能車車架。 雖然設(shè)計(jì)的還算合理，但是由于本文制作車架的材料采用的是鍍鋅管，并不是預(yù)設(shè)的6061鋁合金，兩者的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不同，所以焊接出來(lái)的車架在真正駕駛時(shí)其產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與變形都會(huì)與設(shè)計(jì)分析時(shí)的結(jié)果會(huì)有一些出入。但是進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題。 參考文獻(xiàn) [1]張學(xué)波,龍心義,李衛(wèi)星.如何提升QM 200GY越野摩托車后平叉焊接強(qiáng)度[J].摩托 車,2012(22):82-84. 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PAPADIMITRIOU 德國(guó)塞薩利大學(xué)機(jī)械與工業(yè)工程學(xué)系，38 334卷，希臘。 (2005年3月28日獲接納2005年1月4日) 文摘:提出了一種基于隨機(jī)路面激勵(lì)的非線性四分車模型懸架阻尼和剛度參數(shù)的優(yōu)化方法。調(diào)查開(kāi)始時(shí)，汽車模型涉及被動(dòng)阻尼，具有恒定或雙速率特性。在此基礎(chǔ)上，我們還研究了懸架阻尼系數(shù)選取的汽車模型，從而使系統(tǒng)近似模擬了具有天鉤阻尼的主動(dòng)懸架系統(tǒng)的性能。對(duì)于半主動(dòng)或無(wú)源雙速率阻尼器的模型，等效懸架阻尼系數(shù)的值是關(guān)于車輪子系統(tǒng)的簧載質(zhì)量相對(duì)速度的函數(shù)。因此，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)方程是強(qiáng)非線性的。對(duì)于這些模型，首先采用適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)獲得由具有隨機(jī)剖面的道路產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)的第二個(gè)力矩特征。該信息在車輛性能指標(biāo)的定義下得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，該指標(biāo)對(duì)最重要的懸架參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了具有代表性的數(shù)值結(jié)果。特別關(guān)注道路質(zhì)量的影響以及與車輪跳動(dòng)有關(guān)的檢查效果。最后，對(duì)被動(dòng)線性懸架阻尼器和半主動(dòng)減振器汽車所得到的結(jié)果進(jìn)行了臨界比較。 關(guān)鍵詞:四分車模型，雙速率阻尼器，天鉤阻尼，輪跳，隨機(jī)優(yōu)化。 1. 介紹 在汽車工業(yè)的許多領(lǐng)域，通常采用單自由度或雙自由度四分之一汽車模型。這些ar-eas包括對(duì)地面車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)、識(shí)別、優(yōu)化和控制的預(yù)測(cè)(如Karnopp等，19741 Harrison和Hammond, 19861 Sharp和Has-san, 19861 Hrovat, 19931 Dixon, 19961 Metallidis etal .， 2003)。這主要是由于四分之一車型的簡(jiǎn)單和他們提供的質(zhì)量上正確的信息，特別是在騎車和搬運(yùn)研究方面。此外，從這些簡(jiǎn)單的mod-els中提取的信息，為更詳盡、準(zhǔn)確和全面的研究提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，更多的涉及到動(dòng)力汽車模型(Verros et al.， 2000a)。 本研究的主要目的是開(kāi)發(fā)和應(yīng)用一種系統(tǒng)的方法-ogy，使地面車輛的懸架阻尼和剛度參數(shù)在隨機(jī)道路激勵(lì)下的最佳組合。以往對(duì)該課題的研究大多涉及具有線性特征的汽車模型或受確定性道路激勵(lì)作用的力學(xué)模型。此外，很少注意揭示和研究與車輪跳躍現(xiàn)象有關(guān)的重要影響，主要是由于其數(shù)學(xué)建模的固有困難(Palkovics和Venhovens, 19921 Verros和Natsiavas, 2001)。 目前的工作結(jié)合最近的發(fā)展，涉及到對(duì)非線性四分之一車型的響應(yīng)和優(yōu)化，受到道路激勵(lì)。在粒子-lar中，研究的模型包括具有強(qiáng)烈非線性阻尼和剛度特性的懸浮液，并允許車輪跳躍。此外，道路的不規(guī)則性被假定為random的性質(zhì)，它們被頻率光譜描述，這被認(rèn)為是典型的汽車工程(Dodds和Robson, 19731 Gillespie, 1992)。然后將此激勵(lì)應(yīng)用于具有線性或雙線性減震器和線性或三線性懸架彈簧的雙自由度四分之一汽車模型。具體來(lái)說(shuō)，除了線性模型外，還研究了帶有被動(dòng)或半主動(dòng)懸架阻尼器的汽車系統(tǒng)。在最后一種情況下，根據(jù)懸架阻尼系數(shù)的選擇，應(yīng)用控制策略，使車輛接近理想狀態(tài)的天鉤。在阻尼或剛度系數(shù)可變的情況下，分析變得復(fù)雜，因?yàn)楫a(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)方程涉及強(qiáng)非線性。類似的非線性也被引入到線性模型中，當(dāng)車輪跳躍被包括在公式中(例如Verros和Natsiavas, 2001)。 在選擇了道路激發(fā)譜后，利用蒙特卡羅模擬法對(duì)所研究的非線性車輛模型進(jìn)行了概率分析。隨機(jī)道路輪廓的樣本函數(shù)是利用光譜抑制方法生成的，然后通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的積分(Shinozuka, 1972)計(jì)算出車輛對(duì)每個(gè)樣本道路輪廓的響應(yīng)。最后，利用所得到的樣本車輛響應(yīng)時(shí)間歷史來(lái)估計(jì)響應(yīng)的特征。這些特性反過(guò)來(lái)又形成了一個(gè)基礎(chǔ)，這對(duì)于開(kāi)發(fā)一個(gè)計(jì)算上合適和高效的優(yōu)化過(guò)程是必要的。 本論文的材料組織如下。在下一節(jié)中，我們介紹了被動(dòng)和半主動(dòng)的四分之一汽車模型。在第3節(jié)中，我們提出了一種計(jì)算非直線車輛模型的二階矩特性的方法，該模型受已知光譜的隨機(jī)道路輪廓的影響。該信息用于第4節(jié)，定義車輛性能指標(biāo)，包括車輛行駛舒適性、車輛處理和懸掛的工作空間。然后，建立了基于該性能指標(biāo)的懸架阻尼和剛度參數(shù)的最優(yōu)值選擇方法。在第5節(jié)中，給出了一些典型的數(shù)值結(jié)果，并通過(guò)應(yīng)用該方法得到了一些數(shù)值結(jié)果。重點(diǎn)是對(duì)線性、雙線性和天車模型的結(jié)果進(jìn)行關(guān)鍵的比較。最后，總結(jié)了工作的重點(diǎn)。 圖1所示.車輛模型:(a)線性模型，(b)分段線性模型，(c)天鉤模型。 2. 力學(xué)模型 本研究中研究的車輛系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖1所示。它們被稱為四分之一車型，由于它們的簡(jiǎn)單性和質(zhì)量上的正確信息，它們被廣泛應(yīng)用于汽車工程中，至少在最初的設(shè)計(jì)階段(Hrovat, 1993年)。在所有情況下，坐標(biāo)x1和x2分別表示車輪子系統(tǒng)和車身的絕對(duì)垂直位移。 首先，對(duì)于圖1(a)的線性模型，運(yùn)動(dòng)方程可以很容易地放入經(jīng)典矩陣形式。 其中x1t2 - 5 1x1 x22t表示響應(yīng)向量，而數(shù)量 表示質(zhì)量矩陣，阻尼矩陣，以及系統(tǒng)的剛度矩陣。此外，矢量f 1t2包括由于道路粗糙度而產(chǎn)生的強(qiáng)迫項(xiàng)。特別地，車輛被假定為以一個(gè)恒定的水平速度40在道路上的一個(gè)側(cè)面圖s1z2。在這里，這個(gè)配置文件由一個(gè)隨機(jī)過(guò)程表示，它具有統(tǒng)計(jì)分布，這與典型的道路概況(Dodds和Robson, 1973)的測(cè)量是一致的。因此，強(qiáng)迫向量是以形式表示的。 其中xg 1t2, s140t2。 圖2.(a)懸浮阻尼器的受力特性。(b)恢復(fù)彈簧的力。(c)天鉤模型的等效懸架阻尼系數(shù)。 圖1(b)和圖1(a)中所示的模型的主要區(qū)別是，前者遵循一種常用的被動(dòng)控制策略，即懸架阻尼系數(shù)c2在兩個(gè)不同的值之間轉(zhuǎn)換的值。更具體地說(shuō)，對(duì)于這個(gè)模型，車身和車輪之間形成的阻尼力具有這種形式。 其中x4 5 x42 6 x41。這意味著懸架阻尼系數(shù)取決于簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量之間相對(duì)速度的符號(hào)，如圖2(a)所示。換句話說(shuō)，它在壓縮時(shí)的值與擴(kuò)展值不同(例如，沃爾瑪公司，19901 Surace et al.， 1992)。此外，懸架彈簧也可能具有分段線性特性。一般情況下，典型的汽車懸架的恢復(fù)力具有非線性特性，可以通過(guò)折疊表達(dá)得到足夠的精度。 其中x5 x2 6 x1，而xc和xe表示被暫停的間隙(參見(jiàn)圖2(b))。最后，圖1(c)所示的力學(xué)模型被稱為理想的“天鉤”模型，并在傳統(tǒng)懸架模型(Verros et al.， 2000b)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。此外，該模型還包括了一個(gè)帶阻尼系數(shù)的阻尼器阻尼器，它比輪胎的等效阻尼系數(shù)c1要大得多。在最簡(jiǎn)單的形式中，該模型具有線性特征。然而，由于不可能實(shí)現(xiàn)這類懸架，必須采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，修改其特性。根?jù)前人對(duì)這一課題的研究，采用以下控制力對(duì)天鉤模型的行為進(jìn)行了研究。 在系統(tǒng)的兩個(gè)質(zhì)量之間。這意味著，為了對(duì)車輛進(jìn)行主動(dòng)控制，需要對(duì)懸架阻尼系數(shù)值進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，比如c92，基于對(duì)x41、x42和x4g的量的測(cè)量。 在實(shí)際操作中，最經(jīng)濟(jì)、最容易實(shí)現(xiàn)的策略是基于半主動(dòng)控制邏輯，采用雙開(kāi)關(guān)阻尼器。更具體地說(shuō)，從c21和c22選取適當(dāng)?shù)淖枘嵯禂?shù)值的公式中選擇等效的懸掛阻尼系數(shù)(見(jiàn)圖2(c))。 在被動(dòng)雙線性或半主動(dòng)控制策略的應(yīng)用后產(chǎn)生的動(dòng)力系統(tǒng)是強(qiáng)非線性的，因?yàn)閼壹茏枘嵯禂?shù)的值在某些點(diǎn)上發(fā)生變化。此外，即使對(duì)于具有線性特性的系統(tǒng)，當(dāng)允許車輪單獨(dú)分離和起飛時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的非線性效應(yīng)。這一現(xiàn)象被稱為“車輪跳躍”(wheel hop in the literature)，它對(duì)車輛的整體動(dòng)態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生了巨大的變化(Verros和Natsiavas, 2001)。為了將這種可能性納入到力學(xué)模型中，首先引入了運(yùn)動(dòng)學(xué)變量。 然后，如果X1 5 0，輪子與地面沒(méi)有接觸，當(dāng)接觸力在車輪與地面之間產(chǎn)生接觸力的時(shí)間間隔內(nèi)，失去接觸，等于零(Leine et al.， 2000)。最后，運(yùn)動(dòng)方程的相應(yīng)修正是，在輪作階段，k1、c1和強(qiáng)制函數(shù)f 1t2等于零。 3. 隨機(jī)路面情況下的響應(yīng)特性。 一般來(lái)說(shuō)，典型的道路是存在著大量的孤立的不規(guī)則現(xiàn)象，例如坑坑洼洼或凸起，它們被疊加在較小的但連續(xù)分布的剖面上。為了本研究的目的，我們只考慮后一種類型的道路。也就是說(shuō)，本節(jié)討論的是在前一節(jié)給出的車輛模型的二階矩響應(yīng)特性的估計(jì)。這些隨機(jī)域是實(shí)值的，零均值，平穩(wěn)，高斯分布。因此，對(duì)于他們的完整的統(tǒng)計(jì)描述，足以指定他們的二階矩。在這里，這一要求是通過(guò)假設(shè)道路不規(guī)則有一個(gè)已知的單面功率譜密度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如Sg 192，其中9 5 2是一個(gè)空間頻率，對(duì)應(yīng)的是一個(gè)具有波長(zhǎng)的諧波規(guī)律性。根據(jù)之前對(duì)該主題的許多調(diào)查(例如，Dodds和Robson, 1973)，典型道路的幾何輪廓非常精確地符合以下簡(jiǎn)單的分析形式。 用對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)刻度表示的直線。用這種方法，兩種不同道路斷面的粗糙度的振幅比與各自的Ag值的平方根比成正比。此外，在公式(5)中選擇指數(shù)的值為n 5 2時(shí)，通常是相當(dāng)準(zhǔn)確和分析方便的，這也就意味著道路坡度具有類似于白噪聲信號(hào)的特征。 定性地說(shuō)，在方程(5)中，指數(shù)n的一個(gè)很大的值強(qiáng)調(diào)了較長(zhǎng)的波長(zhǎng)的粗糙度，而它抑制了較短的波長(zhǎng)的粗糙度。由于這一原因，人們普遍認(rèn)為，與典型道路的幾何輪廓相對(duì)應(yīng)的光譜，可以通過(guò)如下的更復(fù)雜的函數(shù)來(lái)近似。 其中，9051,2是一個(gè)參考空間頻率。此外，價(jià)值Sg1902提供了一種衡量道路粗糙度的措施。在這里，指數(shù)被選擇了，因此n1 5n2和結(jié)果譜在一個(gè)對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)尺度上顯示了一個(gè)斜率不連續(xù)的9 590。最后，由于Sg 192的值趨近于9 0，所以路譜被高通濾波器濾波。 對(duì)于具有線性特性的車輛模型的特殊情況，對(duì)道路輪廓譜密度和車輛速度的知識(shí)通過(guò)眾所周知的公式(Lutes和Sarkani, 1997)對(duì)固定車輛響應(yīng)的譜密度進(jìn)行評(píng)估 在前面的方程中，5 940是時(shí)間頻率，Sx x 1 2和Sgg 1 2表示。 響應(yīng)和強(qiáng)迫的譜密度矩陣分別為，H - 1 2，包括系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，而上標(biāo)T，分別表示轉(zhuǎn)位和共軛(如:Roberts和Spanos, 1990)。通過(guò)對(duì)這些響應(yīng)的功率譜密度函數(shù)的積分，可以很容易地得到各種響應(yīng)量的正極矩特征。然而，在前一節(jié)中提出的所有車輛模型，除了沒(méi)有車輪跳躍的線性模型外，都具有包含強(qiáng)非線性的運(yùn)動(dòng)方程。在這種情況下，頻域分析不再有效，而對(duì)二階矩響應(yīng)特性的分析公式是不可用的。對(duì)于這種情況，使用蒙特卡羅模擬法評(píng)估響應(yīng)的概率特征，并結(jié)合早期為分段線性系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的合適的集成方法(例如Natsiavas, 19931 Verros等，2000b)。 特別地，對(duì)于非線性車輛模型，道路輪廓的樣本是使用光譜表示方法生成的(Shinozuka, 19721 Shinozuka和Deodatis, 1991)。更具體地說(shuō)，如果假設(shè)車輛在給定的道路上以恒定的水平速度行駛40英里，那么由于道路的不規(guī)范而產(chǎn)生的強(qiáng)迫行為可以通過(guò)下面的系列來(lái)模擬。 在前一個(gè)方程中，從所選的道路光譜中對(duì)激勵(lì)諧波的振幅進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其中，952l和L是考慮的路段長(zhǎng)度。此外，還確定了基本的時(shí)間頻率0的值。 而階段n被視為隨機(jī)變量，在區(qū)間內(nèi)的均勻分布[03 2 2。然后，通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的積分，計(jì)算出車輛對(duì)各樣本道路輪廓的響應(yīng)。最后，利用樣本響應(yīng)估計(jì)了響應(yīng)的二階矩特征。幾百個(gè)樣本通常足以獲得對(duì)反應(yīng)第二時(shí)刻的適當(dāng)估計(jì)。 上述選擇基激發(fā)歷史的方法需要了解道路輪廓的功率譜密度和車輛速度的水平分量。圖3(a)顯示了兩組道路的光譜，這是在第五部分中進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算的例子。更具體地說(shuō)，較低的曲線代表了高質(zhì)量的道路(n1 5 2, n2 5 175和Sg 1902 5 16 1066 m2 cycle61 m61)，而上曲線代表的是質(zhì)量差的道路(Sg 1902 5256 1066 m2 cycle61 m61)，根據(jù)ISO 2631標(biāo)準(zhǔn)。圖3(b)展示了兩種典型道路概況的具體形式，一種屬于高質(zhì)量群體，另一種屬于壞質(zhì)量集團(tuán)。 在本研究的第一部分，提出了一種系統(tǒng)的方法，給出了在隨機(jī)變化的幾何剖面上移動(dòng)的四分之一汽車模型的懸掛阻尼和剛度參數(shù)的最優(yōu)值。摘要研究了被動(dòng)線性和雙速率懸架阻尼器模型，以及半主動(dòng)天鉤阻尼模型。應(yīng)用的控制策略，結(jié)合對(duì)車輪跳躍的考慮，導(dǎo)致了運(yùn)動(dòng)方程中出現(xiàn)了強(qiáng)非線性。這反過(guò)來(lái)又在應(yīng)用程序的集成和優(yōu)化過(guò)程中造成了困難，這是通過(guò)使用適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)克服的。在工作的第二部分，給出了數(shù)值計(jì)算結(jié)果，主要是對(duì)典型的四分之一汽車模型的懸架參數(shù)的優(yōu)化選擇，以及在適當(dāng)定義的性能指標(biāo)中權(quán)重因子的不同組合。注意力還集中在調(diào)查與道路概況質(zhì)量有關(guān)的影響方面。在這種情況下，特別強(qiáng)調(diào)了在懸浮彈簧中對(duì)車輪跳或非線性的影響，發(fā)現(xiàn)它被激活并對(duì)低質(zhì)量的道路造成嚴(yán)重的后果。通過(guò)檢查所研究的模型的動(dòng)力學(xué)，也獲得了對(duì)優(yōu)化結(jié)果中觀察到的最重要趨勢(shì)的一些有用的見(jiàn)解。最后，在對(duì)所檢測(cè)的所有病例的信息進(jìn)行批判性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，得出結(jié)論：半主動(dòng)控制的車輛比被動(dòng)雙速率阻尼器更好地設(shè)計(jì)了汽車模型，從而比具有線性懸架阻尼器的模型表現(xiàn)出更好的性能。 附錄2：外文原文 致 謝 在完成本次論文的過(guò)程中，遇到不少的問(wèn)題，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助都一一解決了。非常感謝老師的耐心指導(dǎo)并提出了不少很有幫助的意見(jiàn)，還有同學(xué)的各種幫助，順利的完成了本次論文。 通過(guò)本次論文學(xué)到了不少的知識(shí)，本次論文雖然完成了，但仍有許多問(wèn)題，仍有許多我需要學(xué)習(xí)的地方，希望老師能夠多多指正。