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浩悦车辆,四驱,六驱汽车性能的优化匹配、 预测和计算机模拟概述

       浩悦车辆,四驱,六驱汽车的总体布置、整车和总成的设计参数以及它们之间的匹配,对汽车性能有决定性的影响。为了提高设计质量、缩短研制周期,在总体布置开始之前就应对整车和各总成的参数进行优化选择、合理匹配,对整车和各总成的性能进行初步预测。当整车方案和各总成的设计参数确定以后,还要根据各总成、部件设计所提供的具体数据对整车性能尽快地作出全面、准确的预测,以便尽早发现问题进行调整和修改。

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      优化设计是在电子计算机推广应用到工程设计以后发展起来的一项新的设计技术。常规的设计方法,由于人力、物力及时间的限制,只能提供几种设计方案供选择。而优化设计由于是以数学理论及方法为基础、以电子计算机为计算手段,采用迭代的计算方法,因此,它可以极为迅速地从一切可能的设计方案中选择出在给定工程条件下的最佳方案,已广泛用于汽车和总成及零部件的参数选择、结构形状选择和性能匹配等的设计工作中。

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       随着大型电子计算机的广泛采用和近代物理 ! 数学分析方法的发展,汽车性能分析与计算的方法也达到了一个崭新的阶段,广泛地采用着计算机模拟这一现代分析手段。汽车性能的计算机模拟,就是将其物理模型转变为数学模型并用电子计算机对汽车在各种典型工况下的运动过程和动力过程进行模拟计算,求出其运动性能或响应特性。由于计算机模拟可以求解复杂的数学模型,因此所建立的数学模型可更接近实际,计算结果会更精确;计算机也能按预定程序模拟汽车的各种行驶工况,包括瞬变的非稳定工况以及难以试验的危险工况,因而能全面而精确地预测汽车在各种工况下的性能;计算机能迅速地完成大量参数及其不同组合方案的运算,查明这些参数和组合方案对汽车性能的影响,从而能迅速求得满意的设计方案和参数匹配。

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       美、日和欧洲的一些著名的汽车公司从 20 世纪60 年代起就在汽车设计中广泛地采用了计算机模拟,在这方面做了大量的工作,形成了一整套新的理论和新方法,研制成了一系列方便、可靠的计算机模拟程序。从汽车动力性和燃料经济性的计算机模拟、汽车行驶平顺性的计算机模拟、操纵性和稳定性的计算机模拟,直至近年来在汽车设计中已广泛采用的汽车被动安全性即汽车碰撞时乘客安全性的计算机模拟。这些计算机模拟程序使汽车设计工作在提高汽车性能、加快研制周期方面起了巨大的作用。我国有关单位在这方面也取得了一定的成果。

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       汽车的动力性与燃料经济性和发动机、传动系的参数匹配密切相关。为了对这两种性能进行协调和提高,既可通过优化设计使发动机和传动系的参数作到最佳匹配;亦可利用计算机模拟进行研究和预测,以便更合理地选择发动机及传动系的有关参数,找到其最好匹配。在系列化设计时,为了以较少型号的发动机、变速器和驱动桥组合成系列化的多种车型,也需要进行上述性能的计算机模拟。
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      汽车行驶平顺性的计算机模拟技术已发展到较高水平。它不仅可模拟车身的振动,而且可同时模拟对平顺性有直接影响的其他振动,例如车架的弹性振动和本身的弯曲振动,驾驶室和座椅(包括乘客)的振动,发动机和传动系的振动等,前、后悬架和减振器更要考虑在内。汽车行驶工况的模拟则以道路试验中取得的路面谱为基础。在计算机模拟中通过对一系列方案进行分析比较,可选出最佳的悬架型式、弹簧刚度、减振器阻尼系数、座椅的弹性特性、驾驶室支承和发动机支承的结构及位置与弹性特性等,还可以找出在给定轴距下车架应具有的弯曲刚度,样就能更准确地设计和预测汽车的振动舒适性或行驶平顺性。

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       对操纵性和稳定性的预测较复杂,因为它不仅需要预测稳态性能,而且需要预测许多瞬态性能和极限性能;需要考虑人的控制特性、环境(侧向风、路面、行驶条件等外部干扰)的影响等。需要从人 - 车 - 环境系统的角度来研究。就汽车本身来说,其转向系、悬架系、轮胎特性、整车参数和制动参数等都是影响汽车操纵性和稳定性的重要结构因素。因此,需要采用较多自由度的模型方能通过计算机模拟对操纵性和稳定性作出准确的预测。但早期的操纵性和稳定性研究多采用线性三自由度模型,偏重于研究汽车的侧偏、侧倾、侧摆和侧向加速度对转向输入的响应等侧向运动问题。后来,为了较精确地研究汽车对转向操纵的响应,增加了转向系的两个自由度而有了五自由度模型;为了研究各种瞬态响应和极限响应,又出现了 7个和 10个自由度的模型。随着研究内容的继续扩展和深化以及计算机模拟技术的发展,模型的自由度继续增多。近年来为了研究制动与转向复合操纵工况、防滑制动系的效果以及方向控制的极限性能,有人又提出了更多自由度的模型,有的多达二十多个自由度。但从汽车总体设计时初步匹配设计参数的需要来看,采用 7个左右的自由度的模型也就可以了。这种模型已经可模拟定圆转向运动、蛇行运动和直线但有干扰时的行驶运动(测汽车的干扰稳定性、侧风稳定性及撒手稳定性)且可在相当宽的范围内(直到较高的侧向加速度和临界状态)对操纵性和稳定性作出较准确的预测。当然,在技术设计阶段可根据需要预测的广度和深度而选用更多自由度的模型。通过计算机模拟可以查明一些设计参数对转向特性的影响,可以更好地对设计参数进行匹配以便得到良好的操纵性和稳定性。



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