摩托车车架动态性能优化设计技术的研究

摩托车车架动态性能优化设计技术的研究

吕华生

广州大运摩托车有限公司

一、摩托车车架动态性能优化设计的重要性

随着现代社会的经济发展和技术进步，人们对于自身的生活有了更高的要求，尤其在摩托车行业的发展当中，现代社会对于摩托车的轻质化、高性能以及安全稳定性的要求越来越高，因此，摩托车中影响整体使用感受的车架震动问题将直接影响到驾驶者的驾驶感受和实际的驾驶安全。在这其中关于车架的动态特性是影响摩托车震动性能的首要影响因素，主要表现在摩托车在行驶过程中面临的路面对车身造成的激励作用和车架自身的震动频率不一致或者发生震动耦合时，就会发生车架的共振，随着速度的上升进一步发生共振频率增加，进而就会发生摩托车整体车身的损坏，或者造成严重的交通事故。所以对于摩托车整体车架的动态性能优化分析将在很大程度上解决和避免此类问题，主要通过：优化车架的整体结构和主要的零部件构造，使得车架整体的动态性能与实际可能产生的震动相互抵消，改变震动性能，从而进一步提高整车的驾驶体验。这对于摩托车的行业的发展和驾驶员来说至关重要。

二、摩托车车架动态性能优化设计技术的主要影响因素

摩托车在日常的行驶过程中容易受到来自路面的激励以及自身发动机方面的震动产生的影响，这两方面的影响对于摩托车的整体驾驶体验极易造成不稳定的影响，因此，要重视对于摩托车车架动态性能的优化，从基础的设计到整车开发，要运用相应的技术手段进行摩托车车架的动态性能分析，保证其在正常使用的过程中能够保持稳定和安全，从而逐步的提高驾驶体验和实际的安全。

（一）实际路面产生的激励对车架造成的动态性能影响

路面产生的激励作用在摩托车整体车架的实际使用和驾驶过程中是主要的影响因素，因此当摩托车行驶在不平整的路面当中时，极易发生车架共振，从而对于摩托车的驾驶员造成驾驶方面的影响，也对于整体的摩托车的性能造成了最大的影响，在这其中，发生共振的主要原因在于路面激励会与摩托车结构运动中的频率发生重合，从而产生共振。所以应该对摩托车进行动态性能的分析和技术优化，从技术的角度进行分析和研究，保证摩托车的整体性能处在合适的位置，以提高摩托车的整体稳定性和驾驶员的安全驾驶体验。

（二）摩托车发动机对摩托车车架动态性能产生的影响

摩托车发动机是主要的震动来源，摩托车发动机产生的动力主要是由汽油经过雾化器进行雾化，之后经过喷嘴到活塞内部，在经过火花塞的点燃，使得汽油发生燃烧爆炸，产生的压力推动发动机活塞发生运动，从而产生动力，因此在这整个过程中，不可避免的会产生震动，这种震动往往随着发动机的给油大小而产生不同频率的震动，因此要对此进行严格的优化，使得发动机产生的频率范围能够不影响摩托车的日常驾驶体验，从而使得震动能够被消减在一定范围内，进而保证摩托车的驾驶性能和驾驶体验。

三、摩托车车架动态性能优化设计技术的具体研究措施

摩托车车架的整体稳定性在摩托车整体车身的实际使用性能中最为重要，因此要注意对于摩托车的车架的动态性能进行优化和改进，保证摩托车的驾驶体验和实际的摩托车的设计开发。在这其中，摩托车的车架主要由转向管、主梁、尾架和后撑架组成，由于摩托车的整体车身设计空间要符合实际的驾驶要求，所以对于车架中所有的部件都应进行空间压缩，以保证摩托车的整体性。

（一）根据实际的设计进行车架的优化和调整

在实际的摩托车的设计中，最主要的就是对于摩托车的整体车身进行主要的设计，从实际驾驶的角度出发，根据设计的要求和规划进行车架的开发，在车架中所包含的所有部件进行承载力的测试和性能方面的测试：

1、车架的整体性能优化

对车架的整体性能优化要从基本的车架模型进行动态分析，主要的方式是依靠有限元模型的建立，有限元模型的建立首先要及时对其进行三维模型的建立，运用3DMAX或者CAE等相关软件进行，从基本的仿真到实际的数据统计，要不间断的对其进行压力和震动力的增加，从这几个方面的测试和模拟使得摩托车的车架在实际的组建过程中能够保证优良的性能和实际的使用体验。

2、验证有限元模型的准确性

有限元模型的使用在实际的摩托车车架的动态性能测试的过程中非常重要，但结合实际的使用体验，就要对有限元模型进行准确性的测试和研究，主要的方式在于，对车架进行模态分析的过程中，利用四根拉力弹簧将车架进行悬挂，并且要保证悬挂系统的频率要低于2Hz，整个系统的组成分别由：摩托车整体车架、信号分析装置、点压式加速传感器以及力锤等组成。在通过对测量和试验的数据进行收集和处理的过程中，要识别车架的前六阶固有频率，之后与理论分析结果进行对比研究，最后总结实验数据。从而在整个过程中验证有限元模型的准确性。

（二）摩托车车架减振方面的优化设计技术研究

综合摩托车车架的动态特性分析可知，为改善摩托车车架结构的相关动态性能，降低摩托车振动幅度，需要对摩托车车架结构的固有频率进行调节，从而使得摩托车车架的模态频率与摩托车发动机的二阶惯性力频率不会发生重叠。具体的改进方案有以下两个方面。

1、加强摩托车车架结构中的薄弱构件

加强摩托车车架结构中的薄弱构件，可以改变摩托车车架结构的固有频率，从而减少摩托车发生共振的概率。具体的摩托车薄弱构件的修改如下：a.摩托车坐垫的左右支持管由原来的20mmx2.0mm的壁厚更该为2.5mm：b.摩托车左右支持弯管由中20mmx2.0mm的壁厚同样加厚5mm变成2.5mm的厚度：c.摩托车左右托架有原来的1.5mm变成2.0mm。

2、摩托车车架连接处接入加强板

从上部分分析可以知道，摩托车车架与后货架连接处的振动较大，因此，在摩托车车架和后货架的连接处接入加强板。具体来说，可以在此处设置一个长度为166mm，宽度为40mm，厚度为2mm的加强板，其中该加强板的材料弹性模量E为149.8GPa。

3、车架主悬架结构优化设计

实际上车架构型不是决定车架减振性能好坏的唯一关键点，发动机附于车架上的主悬架板和前悬架板也是影响因素之一。这就要求主悬架在满足发动机装配要求以及运动节拍的基础上，设计短力臂，即使主悬挂点与主结构梁距离尽量短，从而提高发动机主悬架稳定性。

四、总结

总之，对于摩托车车架的动态性能优化设计的研究要根据实际的摩托车车架模型建立试验进行，从而进一步优化车架的整体结构和部件的组成，减少由于共振产生的震动，提高摩托车实际的驾驶体验。

参考文献：

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[2]张志弘,何玉林,杜静,孙学军.摩托车车架动态性能优化设计技术的研究[J].工程图学学报,2006(03):12-17.

[3]张志弘.摩托车总体设计的动态性能分析及结构优化设计的研究[D].重庆大学,2005.