论文总字数：27580字

摘 要

本设计主要研究基于某项目中研发的虚拟轨道列车的后悬架系统的设计与优化。虚拟轨道列车，又称为“智能轨道快运系统”，是一种适用于中等客运量的新型无轨电动列车。虚轨列车通过识别系统沿着地面上专用的交通标记线行驶，这种交通标记线可以直接画在普通城市路面上，从而无需为其准备独立车道，即共享路权。虚轨列车可在中小城市取代高成本的地铁，无需新建道路即可实现中等客运量的城市交通运输，未来还可实现完全无人驾驶，具有较大的应用前景。目前，虚拟轨道列车的相关技术还不成熟，尤其是在乘坐舒适性和操纵稳定性方面需要进一步的研究。

本文主要从虚拟轨道列车后悬架系统的结构设计、硬点优化和运动学仿真等方面比较采用非独立悬架和独立悬架布置方案后给车辆带来的平顺性和操纵稳定性方面的变化。运用CATIA进行虚拟轨道列车后悬架的三维建模后，分别在ADAMS/Car和ADAMS/View中建立仿真模型分析悬架的硬点位置和性能参数，通过比较，发现对于虚拟轨道列车的后轴，采用独立悬架的车辆性能明显优于采用非独立悬架。

关键词：虚拟轨道列车，后悬架，结构设计，ADAMS

ABSTRACT

This research is mainly about the design and optimization of a rear suspension system of a virtual rail train, which is developed in a project. The virtual rail train, also known as the ‘smart track express system’, is a new type of trackless electric train suitable for medium passenger traffic. The virtual rail train travels along the special traffic marking line on the ground through an identification system. This traffic marking line can be directly drawn on the road surface of the ordinary city, and there is no need to prepare a separate lane for it. The virtual rail train can replace the high-cost subway in small and medium-sized cities, and it can realize the pressure of urban traffic without constructing new roads. It has a bright future that unmanned driving and further application may be achieved by this system. At present, the related technologies of virtual rail trains are still immature, especially in terms of user experience and handling stability.

This paper mainly makes a comparison between a vehicle with an independent suspension and that with a non-independent suspension concerning the smoothness and steering stability. And the assessment focused on three dimensions: the structural design, hard point optimization and kinematics simulation. After carrying out three-dimensional modeling of the virtual rail train rear suspension in CATIA, the author built simulation model in ADAMS/Car and ADAMS/View to analyze the hard point position and performance parameters of the suspension. The conclusion of the paper is that the performance of vehicles with independent suspension is significantly better than that of non-independent suspension as to the rear axle of the virtual rail train.

KEY WORDS: Virtual rail train, Rear suspension, Structural design，ADAMS

目 录

摘 要 1

ABSTRACT 2

第一章 绪论 5

1.1 研究背景及意义 5

1.2 悬架的研究现状 5

1.3 空气弹簧的研究现状 7

1.4 悬架性能评价指标 7

1.5 论文主要研究内容 8

第二章 悬架系统的结构设计 9

2.1 悬架的布置方案 9

2.1.1 独立悬架布置方案 9

2.1.2 非独立悬架布置方案 9

2.1.3 虚拟轨道列车悬架的布置 10

2.1.4 空气弹簧的采用 10

2.2 设计要求 10

2.3 弹簧刚度的确定 11

2.4 减振器阻尼的确定 11

2.5 本章小结 11

第三章 模型仿真与参数优化 12

3.1 虚拟样机技术 12

3.2 三维模型的建立 13

3.2.1 CATIA软件介绍 13

3.2.2 模型各零件的建模 13

3.2.3 总体装配图 15

3.2.4 半轴总装视图 17

3.3 仿真模型的建立 18

3.3.1 ADAMS软件介绍 18

3.3.2 ADAMS/Car模型的建立 18

3.3.3 ADAMS/View模型的建立 19

3.4 多连杆非独立悬架的硬点优化 20

3.4.1 硬点对悬架的影响 20

3.4.2 悬架硬点的优化 21

3.4.3 优化结果 21

3.5 多连杆非独立悬架的性能优化 22

3.5.1 弹簧刚度与减振器阻尼对悬架的影响 22

3.5.2 弹簧刚度与减振器阻尼的优化 22

3.6 本章小结 23

第四章 多连杆非独立悬架与双横臂独立悬架的比较 24

4.1 仿真思路 24

4.2 路面的选择 24

4.3 评价指标 24

4.4 仿真与分析 25

4.4.1 模型的搭建 25

4.4.2 B级路面仿真与分析 25

4.4.3 D级路面仿真与分析 27

4.4.4 仿真结果 29

4.5 非独立悬架的优势 30

4.6 本章小结 30

第五章 总结与展望 31

5.1总结 31

5.2展望 31

参考文献 32

致 谢 33

绪论

1.1 研究背景及意义

近些年来，随着城市化进程的不断加快，目前我国城市数量越来越多。城市人口数量迅猛增长，汽车的保有量日益增多。在没有地铁的中小城市中，道路狭窄、公交车运力不足、利于残疾人的无障碍通道较少、日常公共交通的运营成本高等问题，给城市中人们的日常出行带来了很大的不便。除此之外，很多中小城市都无力承担高昂的轨道交通建设成本以及漫长的建设时间，所以它们亟需建设新型的城市交通来改善目前城市中糟糕的交通问题。

虚拟轨道列车，又称为“智能轨道快运系统”(Autonomous rail rapid transit, ART)，简称“虚轨列车”（或“智轨”），是一种适用于中等客运量的新型无轨电动列车。虚拟轨道列车通过识别系统沿着地面上专用的交通标记线行驶，这种交通标记线可以直接画在普通城市路面上，从而无需为其准备独立车道，即共享路权。虚拟轨道列车可在中小城市取代高成本的地铁，无需新建道路即可实现中等客运量的城市交通运输，可以为在中小城市中生活的人们带来不一样的出行体验。除了作为中小城市的公共交通主体之外，虚拟轨道列车还能够在一定程度上作为大城市已经比较发达的公共交通网络的补充，可以与原有的地铁、轻轨、公交、城铁等结合，打造全新的出行线路或旅游交通网络，从而进一步发展大城市的经济，并带动周边城市的协同发展。除此之外，虚拟轨道列车在未来还有望实现完全无人驾驶，这在很大程度上能够为人们带来非常大的便利，因此虚拟轨道列车具有较大的应用前景。

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