软件分析系统开发成果

按照摩托车及全地形车整车振动分析软件系统的需求，选择合适的开发软件。为了避免数据格式的转换，采用FAMOS 作为后处理软件开发平台，完成整车振动评价分析软件的开发。图3.7时域法分析软件的界面频域法处理试验数据时，同样先读取原始数据，对每个通道进行单位转换，同时进行滤波等设置。图3.8频域法分析软件界面

理论教育 2023-10-11

摩托车及全地形车悬架系统建模研究

图7.1ADAMS 与MATLAB／Simulink 联合仿真步骤①构造ADAMS 样机模型：使用ADAMS／Controls 模块进行联合仿真分析，首先应构造ADAMS／View 或ADAMS／Car 的虚拟样机模型，再或者输入已经构造好的机械系统模型。在全地形车悬架控制系统中，采用ADAMS／View 建立虚拟样机车辆系统多体动力学模型，与MATLAB／Simulink 下建立的悬架控制系统进行联合仿真。图7.2ADAMS 子模块将全地形车整车虚拟样机的ADAMS 控制子模块加入不同策略的Simulink 控制器中，即可得到完整的全地形车悬架控制联合仿真模型。

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摩托车和全地形车振动控制研究成果

由于模糊控制器的控制规则一般是根据人的手动控制规则提出的，因此模糊控制器的输入变量也选择为误差E 和误差的变化EC，一般选择控制动作的输出量U 为控制器输出，如图7.6 所示。图7.6模糊控制器的结构在图7.6 所示的模糊控制器中，需先对误差、误差的变化进行模糊化，同时还要对控制变量进行反模糊化。

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摩托车车架挂发动机振动特性分析成果

摩托车车架是整个摩托车的骨架，发动机是摩托车的动力源，也是主要激励源。图4.20车架挂发动机的有限元模型表4.3车架挂发动机计算模态分析结果图4.21车架挂发动机一阶计算模态振型比较车架和车架挂发动机的六阶振型可以看出，挂上发动机以后振型和频率都发生了明显的变化，车体的一阶振型由一阶上下弯曲变为左右弯曲，而二阶振型由左右弯曲变为上下弯曲。

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摩托车及全地形车整车振动控制研究成果

为验证多体动力学模型的正确性。仿真的工况和3.3 中的试验一致，分别为等速30、40、50、60 及70 km／h，路面为B 级路面。仿真时，车辆加速到指定车速，然后稳定行驶。整车振动评价仿真结果利用3.2 的分析程序，采用时域法对仿真数据进行处理，得到该全地形车整车振动评价结果，具体见表6.7—表6.9。结果中均包含3.3 部分的实测试验分析结果，以便对比分析。

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摩托车全地形车振动控制研究实例解析

表4.18模态分析结果采用4.4.1 同样的方法分析该全地形车的激励特性。表4.19车体共振转速续表从表4.19 可以看出，发动机的激励频率覆盖了车体挂发动机的前三阶模态频率，而且车体一阶弯曲模态频率120.2 Hz 正好在这个范围内，因此当发动机的一阶往复惯性力的频率与车体的频率同步时，可能导致车体共振。

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悬架模糊PID控制器在摩托车及全地形车振动控制中的应用

根据7.4.1 的模糊PID 控制原理来设计全地形车悬架模糊控制策略。由模糊PID 的原理可知，模糊PID 控制的关键是模糊规则表的制作。表7.2、表7.3、表7.4 分别为ΔKp、ΔKi、ΔKd 的控制规则表。图7.9ΔKp 的模糊推理决策结果与模糊控制一样，对后左悬架和后右悬架进行单独控制。模糊控制器偏差e、变化率ΔKp、ΔKi 和ΔKd 量化因子分别为3、0.04、20、1、0.1，模糊PID 控制器中Kp、Ki 和Kd 的初始值为120、7、0.1。

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摩托车及全地形车振动控制研究的创新与展望

主要创新①深入研究国内外人体振动研究成果，建立基于时域和频域的摩托车及全地形车整车振动评价方法。利用搭建的摩托车及全地形车整车振动评价硬软件系统，对两款全地形车进行了整车振动评价分析。进而提出将发动机简化为相同质心、质量及转动惯量的长方体，建立车架挂发动机有限元简化模型。改进后的分析结果表明，所提出的改进方案均可明显改善车架或车架挂发动机的结构动态特性，有利于摩托车及全地形车整车振动的控制。

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摩托车全地形车振动评价方法研究现状

对车辆振动评价研究最重要的方面是机械振动对人体的影响，主要包括全身振动和手传振动。该评价方法被美国、北约军方所采用。也有部分学者对各种评价方法进行对比研究。因此，人体振动评价的研究趋势是寻找更为合理的频率加权系数。国内对人体振动评价的研究主要体现在应用方面，如汽车平顺性研究。马广发等人利用ISO 2631 评价汽车平顺性，并指出ISO 2631 标准是一种较好的客观评价方法，且有必要使用多个评价指标。

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ADAMS软件及其模块介绍

ADAMS 软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS 软件由核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具箱和接口模块5 类模块组成。一方面ADAMS 是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。目前，ADAMS 已经被全世界各行各业的大多制造商采用，在汽车、飞机、铁路、工程机械、一般机械、航天机械等领域得到广泛应用。

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全地形车整车振动控制研究成果

采用3.2 部分的摩托车及全地形整车振动分析软件，对进口全地形车进行振动评价。表3.2进口车手把处的峰值因子表3.3进口车坐垫位置的峰值因子表3.4进口车脚踏位置的峰值因子由表3.2—表3.4 可知，进口全地形车峰值因子均小于6，采用加权振动进行评价合理。频率法评价全地形车振动时，采用了Welch 法和AR 法分别代表经典谱估计和现代谱估计。

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摩托车振动控制研究：分析车架振动特性

先以某款摩托车为例进行结构动态特性分析。根据二维设计图纸利用UG4.0 建立的摩托车车架的几何模型。车架的有限元模型既要反映车架实际结构的力学特性，又要尽可能地减少单元的数目。图4.5车架有限元模型将摩托车车架有限元模型导入MSC.NASTRAN 中，采用兰索斯法计算车架的自由模态，即可提取前六阶模态参数，见表4.1，振型如图4.6—图4.11 所示。对摩托车车架进行模态试验，首先应合理确定测点和激励点。

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摩托车及全地形车整车振动控制研究：实验方法与激励系统

结合摩托车及全地形车车体结构特点，搭建试验平台，测试系统框图如图4.1 所示，整个测试系统包括以下几个部分：图4.1测试系统框图1）激励系统模态试验必须有激励系统，它使试件产生某种振动，包括固定式激励系统和非固定式激励系统，常用的有激振器和力锤，前者能提供多种激励信号、工作频带较宽，但需要将其固定在试件上，而力锤的使用简单，但激励信号单一。

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摩托车及全地形车振动控制研究：模糊控制策略的优势

图7.5模糊控制基本原理根据模糊控制的上述基本原理，可见模糊控制具有以下特点：①在设计系统时可以不需要建立被控对象的数学模型，只要求掌握现场操作人员或者有专家的经验，知识或操作数据。⑥结构简单，系统的软硬件实现比较，对于基本模糊控制器在实际运行时只要进行简单地查表运算，其他过程可离线进行。

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摩托车全地形车振动控制研究

采用同样的方法对国产全地形车进行振动评价。表3.7国产车手把处的峰值因子表3.8国产车坐垫处的峰值因子表3.9国产车脚踏位置的峰值因子由表3.7—表3.9 可知，国产全地形车峰值因子和进口全地形车一样，均小于6，采用加权振动进行评价较合理。由表3.10 和表3.11 可知，时域法、Welch 频域法和AR 频域法在评价该款国产全地形车人体振动时，这3 种方法所计算的结果相差非常小，均可用于评价全地形车的振动。

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全地形车整车刚柔耦合模型的建立

柔性车架有限元模型全地形车车架在受到外界激励时会产生相应的变形，因此用柔性车架更能反映行驶过程中的实际工况，建立柔性车架首先要生成模态中性文件。二是有限元模型和刚体模型应该尽量保证一致，这样才能给建立刚柔耦合的模型带来方便。表6.6成年人人体惯性参数再将坐姿人体模型通过人与整车的连接点，如手、脚踏、坐垫部位，转换为人体驾驶模型，导入ADAMS 中，如图6.18 所示。图6.19多刚体动力学模型

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