随着世界经济的发展,商品流通快速增加,高速公路的迅速普及,重型汽车正在成为公路运输的主要工具。同时随着汽车技术的进步,人民生活水平不断提高以及车速的不断提高,用户对重型汽车的乘坐舒适性也提出了更高的要求。汽车行驶平顺性己经成为重型汽车的主要性能指标之一。重型汽车车体长、轴距大、承载质量大,车体的弯曲振动表现十分明显,成为影响重型汽车行驶平顺性的一个重要因素,因此在建立重型汽车模型时有必要考虑车体的弹性。本文围绕三轴重型汽车行驶平顺性理论分析建模和仿真展开研究,重点对三轴重型汽车行驶平顺性理论建模与仿真方法进行新探讨及应用研究,开展三轴重型汽车的平面刚弹合成模型和空间刚弹合成模型的研究,建立三轴重型汽车行驶平顺性仿真的传统方法和虚拟激励法,通过仿真比较两种方法,基于Isight和Matlab联合仿真思想进行影响因素分析和多目标优化设计的探讨,本文研究的重要内容为:(1)基于刚弹合成的两端自由等截面梁的理论分析从弹性梁弯曲振动的基本方程出发,推导出了两端自由等截面弹性梁的基本方程和固有特性的通解,证明了固有振型函数的正交性。对一般梁的刚体运动和弹性弯曲振动进行了运动合成和能量分析,推导出两端自由等截面梁运动合成后的质量阵、刚度阵、动能和势能。从理论上将弹性梁的弯曲振动分析推广到刚弹合成梁的弯曲振动分析。(2)三轴重型汽车平面刚弹合成模型的建立建立平面模型时,为了考虑重型汽车行驶时车体的弯曲振动,将车体看成两端自由等截面梁,建立了三轴重型汽车10自由度平面刚弹合成的力学模型和数学模型,推导出三轴重型汽车相应的车轮静载和振动响应量的公式。(3)基于刚弹合成的四边自由矩形薄板的理论分析从薄板横向振动的微分方程和变分方程出发,推导了薄板的自由振动方程。应用单项梁组合函数法对四边自由矩形薄板的固有频率和振型函数进行了求解,实现了解析求解,用有限元方法与求解结果进行了对比,证明了固有振型的正交性。对一般薄板的刚体运动和弹性弯曲振动进行了运动合成和能量分析,推导出了四边自由矩形薄板运动合成后的质量矩阵、动能、刚度矩阵和势能。从理论上将薄板的横向振动分析推广到刚弹运动合成后薄板的振动分析。(4)三轴重型汽车空间刚弹合成模型的建立建立空间模型时,为了考虑重型汽车行驶时车体的弯曲振动,将车体看成四边自由的矩形薄板,建立了三轴重型汽车17自由度空间刚弹合成的力学模型和数学模型,推导出三轴重型汽车相应的车轮静载和振动响应量。为建立考虑车体刚体和弹性的重型汽车空间模型提供了一种新的思路。(5)三轴重型汽车行驶平顺性仿真与分析建立了三轴重型汽车行驶平顺性仿真的传统方法和虚拟激励方法,采用平面刚弹合成模型、空间刚弹合成模型、平面刚体模型和空间刚体模型进行了两种方法的比较。对三轴重型汽车刚弹合成模型和刚体模型的仿真结果进行了对比,通过改变弹性参数可以实现刚弹合成模型向刚体模型的转化。针对三轴重型汽车平面刚弹合成模型,采用通过Isight与Matlab实现联合仿真,通过灵敏度分析找出了影响三轴重型汽车行驶平顺性的主要因素,进行了多目标的优化设计,改善了三轴重型汽车行驶平顺性。本文研究的创新点为:(1)在前人工作基础上,提出了刚弹合成的概念,给出了刚弹耦合的解释;从弹性梁弯曲振动理论出发,深入研究了两端自由等截面弹性梁的理论,基于刚体运动和弹性弯曲振动运动合成的思想,将弹性梁的弯曲振动理论推广到基于刚弹合成梁的振动理论,克服了前人研究理论描述过于简单的问题;将车体看成两端自由等截面梁,全面考虑了三轴重型汽车的主要组成,建立了三轴重型汽车10自由度平面刚弹合成模型,具有需要模型参数少和便于实际工程应用的优点。(2)针对国内外仅建立了平面刚弹合成模型的问题,基于平面弹性梁与空间薄板具有对应振动关系的理论基础,从薄板弯曲振动理论出发,建立了基于微分方程和变分方程的薄板自由振动固有频率的表示;应用单项梁组合函数法,给出了四边自由矩形薄板的梁函数,推导了四边自由矩形薄板的固有频率;基于刚体运动和弹性横向振动运动合成的思想,将薄板的弹性横向振动理论推广到基于刚弹性合成的薄板振动理论;将车体看成四边自由矩形薄板,建立了三轴重型汽车17自由度空间刚弹合成模型,为建立多轴重型汽车空间刚弹合成模型提供一种新的建模思路。(3)建立了三轴重型行驶平顺性仿真的传统方法和虚拟激励法,既适用于刚弹合成模型,也适用于刚体模型;与传统方法相比,虚拟激励法不需要推导振动响应量的频率响应特性,公式推导和计算更简单;分别采用平面和空间的刚弹合成模型、平面和空间的刚体模型进行仿真,结果表明两种仿真方法具有等效性;改变刚弹合成模型的弹性参数,可以实现刚弹合成模型向刚体模型的转化。(4)针对三轴重型汽车平面刚弹合成模型,通过Isight与Matlab实现联合仿真,应用最优拉丁超立方设计方法进行了灵敏度分析,找出了影响三轴重型汽车行驶平顺性的主要因素。应用存档微遗传算法进行了多目标的优化设计,为改善重型汽车行驶平顺性提供了理论依据和技术手段。