[发明专利]一种基于传递矩阵的载货汽车动力学建模方法

说明书

本发明公开了一种基于传递矩阵的载货汽车动力学建模方法，通过建立载货汽车动力学模型中力学元件的传递矩阵；对其进行合理的假设，得到具有载货汽车特点的刚柔耦合动力学模型；基于传递矩阵法理论，确定载货汽车元件编号、传递方向和切割位置；模块化建立载货汽车的传递矩阵方法，离散每个模块中的元件，进行子模块传递矩阵的建立，通过拼装得到载货汽车动力学模型的总传递矩阵，建立载货汽车动力学模型；在频域内，通过路面谱输入，根据随机振动理论，对建立模型，进行固有特性和动态特性分析。本发明方法提高了建模的效率、准确性和代码的重用率，为载货汽车平顺性分析提供理论的依据。

技术领域

本发明属于汽车工程领域，具体是一种基于传递矩阵的载货汽车动力学建模方法。

背景技术

随着运输行业的发展，载货汽车成为必不可少的交通工具，人们对其要求越来越高，对平顺性也提出更高要求。平顺性是货车重要的性能指标之一，该指标反映了货车的振动激烈情况，不仅关系着运输的效率及可靠性、零部件的寿命和燃油经济性等，而且严重的会危害到人体安全。

为改善货车的平顺性，首先需要进行的是对汽车系统建模研究。然而，对于汽车这一复杂的多体系统，目前常用的牛顿-欧拉法、凯恩法和拉格朗日法等的动力学建模与仿真方法，都存在着总体动力学方程建立繁琐、易出错、矩阵存储量大以及计算效率低下等问题，成为平顺性建模与仿真的技术瓶颈。

因此，针对载货汽车多体系统，人们迫切需要一种精确高效的建模方法，为载货汽车结构设计、分析和优化提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在克服现有技术的不足，而提供一种基于传递矩阵的载货汽车动力学建模方法，该方法解决了现有的方法中无法高效、准确的建立载货汽车动力学模型的问题，易编程，涉及矩阵存储量低和代码重用率高，能准确快速的进行载货汽车动力学模型建立，并用于动态特性分析。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于传递矩阵的载货汽车动力学建模方法，具体包括如下步骤：

1)建立载货汽车动力学模型中力学元件的传递矩阵，并以库的形式存储，以便调用；

2)对载货汽车进行合理的假设，得到具有载货汽车特点的刚柔耦合动力学模型，并确定载货汽车动力学模型的物理参数、力学参数和外形尺寸参数；

3)基于多体系统传递矩阵法理论，确定步骤2)中载货汽车动力学模型的元件编号、传递方向和切割位置；

4)基于模块化建立载货汽车的传递矩阵方法，把载货汽车分割成前簧下质量、后簧下质量、车架总成和驾驶室及座椅系统四大子模块，并利用步骤3)和调用步骤1)的库，进行子模块传递矩阵的建立，通过拼装得到载货汽车动力学模型的总传递矩阵，建立载货汽车动力学模型；

5)在频域内，通过路面谱输入，根据随机振动理论，对步骤4)所建立的载货汽车动力学模型，进行动态特性分析，得到驾驶室座椅底部中心的加速度功率谱密度曲线。

所述(1)中，建立的力学元件传递矩阵包括集中质量块矩阵、弹簧矩阵、多输入单输出的平面刚体矩阵、欧拉伯努利梁矩阵和虚拟刚体矩阵，其传递矩阵分别为：

所述集中质量块矩阵为：

所述弹簧矩阵为：

所述多输入单输出的平面刚体矩阵为：

式中