车辆动力学-垂向动力学课件.ppt

1、车辆动力学车辆动力学北京科技大学USTB汽车的平顺性汽车的平顺性l控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的输入下不超过一定值，使汽车行驶平顺、乘员舒适且货物完好。l输入：路面不平度l输出：频响特性，输出的振动值l客观评价及人的主观评价汽车的振源汽车的振源l1.路面不平； 2. 车上振源车上振源由旋转部件引起，主要包括：l发动机转矩变化l不平衡轮胎及车轮的旋转；l不平衡的传动系部件的旋转引起的干扰力和力矩路面不平度路面不平度l按波长分为：长波，短波和粗糙纹理。长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，粗糙纹理引起轮胎的行驶噪声。1. 路面的测量技术路面的测量技术l水平仪与标

2、尺：l路面不平度测量仪（上下截至频率）l非接触式路面测量装置l倾斜测量装置)(tqqtO基准平面路面纵向断面曲线路面纵向断面曲线2. 路面输入模型路面输入模型频域模型时域模型路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q ，沿着道路走向长度l的变化q(l) 称为道路纵(断面)曲线或不平度函数。 根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处理得到路面不平度功率谱 或方差 。2q2)(1 . 0)()(01000wnGmnnnnGnGqWqq取路面不平度系数，通常谱密度参考空间频率下的功率，其中)(nGq按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，AH路面不平度 8 级分类 Gq(no)10-6m2m-1

3、 no0.1m-1 q10-3m 0.011m-1n2.83m-1 路面等级 下限 几何平均值 上限 下限 几何平均值 上限 A B C D E F G H 8 32 128 512 2048 8192 32768 131072 16 64 256 1024 4096 16384 65536 262144 32 128 512 2048 8192 32768 131072 524288 2.69 5.38 10.77 21.53 43.06 86.13 1?2.26 344.52 3.81 7.61 15.23 30.45 60.90 121.80 243.61 487.22 5.38 10.

4、77 21.53 43.06 86.12 172.26 344.52 689.04 2)()(00wnnnGnGWqq，)(nGq功功率率谱谱密密度度n空空间间频频率率ABCWqqnnnGnG00)()(注：纵坐标和横坐标均采用对数单位l时间频率功率谱密度fun1( )( )qqGfG nu在路面统计分析的空间频率内（0.011m-1n2.83m-1）在常用车速（10-30m/s)下，时间频率范围为f=0.33-28.3Hz.该频率范围把悬挂的固有频率（1-2Hz)和非悬挂固有频率（10-15Hz)有效覆盖fun时域输入l白噪声l基于白噪声的路面不平度位移时域表达式汽车平顺性模型汽车平顺性模型

5、l汽车悬架系统的阻尼比车身单质量振动系统的频响特性车身单质量振动系统的频响特性l激励为q，响应为z双质量汽车振动双质量汽车振动人体对振动的评价人体对振动的评价1. 各轴向加权加速度均方根值平顺性评价平顺性评价l平顺性主观评价：l2. 辅助评价l可更好地估计遇到的过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响汽车悬架汽车悬架汽车悬架汽车悬架l钢板弹簧l扭杆弹簧l螺旋弹簧空气弹簧空气弹簧l广泛应用于商用汽车、公共汽车、轨道车辆中具有自动调节功能的空气悬挂系统以及机器设备和建筑物基座 油气悬架油气悬架油气弹簧油气弹簧油气悬架物理模型油气悬架物理模型l等效振动模型022kxdtdxcdtxdm影响油气悬架

6、性能的悬架结构参数主要有：l活塞杆直径；l缸筒直径；l悬架缸行程；l充气气体的体积；l阻尼孔直径；l单向阀有效过流面积。l活塞杆输出力方程为l气体状态方程为l气体体积与缸筒相对于活塞的位移的关系为l在静平衡状态下2211APAPFPVVP00 xAAVV210 xAAVVPP21000l悬架弹力表达式为l弹力对位移求导，得出悬架刚度表达式l为气体多变指数，计算静刚度时，计算动刚度时，在实际情况中取值为之间 xAAVAAVPF2102100 121022100 xAAVAAVPxK油气悬架的刚度曲线l油气悬架刚度与活塞相对于缸筒的位移呈现明显的非线性关系 油气悬架阻尼设计油气悬架阻尼设计l油气悬

7、架的阻尼的非对称性由活塞杆壁上的单向阀来实现 l保证车辆在振动23次后将振幅衰减为不小于90%，l阻尼孔流量：PCAQ2C-阻尼孔流量系数；-油液密度；Q-液体流量； p-和腔油液的压力差；A -阻尼孔过流面积； l流经阻尼孔和单向阀的流量表达式l阻尼力表达式为：PxsignACACQddzz25 . 05 . 0.2.2325 . 05 . 02xsignACACxsignxAFddzzl阻尼系数l振幅缩减率表达式式中 2.325 . 05 . 02xsignACACxsignxAcddzzddnTTtnnteAeAemcn2212ndwTmkc2l根据舒适性要求，振动23个周期后，振幅衰减

8、为原来的10% sy5 . 02 . 0ys为压缩行程相对阻尼系数，为伸张行程相对阻尼系数油气弹簧研究进展油气弹簧研究进展 独立式油气悬架 互联式油气悬架减振器减振器l实质为一个阻尼器l悬架的结构形式汽车座椅汽车座椅行驶动力学模型行驶动力学模型l单轮车辆模型l研究的频率范围：0.25-15HZ频响分析l由位移求车身加速度的频率响应；l轮胎动载荷l对路面谱密度输入的响应悬架性能的客观评价指标悬架性能的客观评价指标l不舒适参数： ISO2631，频率加权后的垂向加速度方均根值l悬架动行程：车轮与车身的位移之差的均方根值。用于描述相对于静平衡位置的悬架位移变化程度。l轮胎动载荷：相对于静平衡位置的轮

9、胎载荷变化的方均根值悬架的半车模型的推导与分析悬架的半车模型的推导与分析l可根据车身质心处的垂向振动量和俯仰角给出运动方程l频响函数l半车系统响应功率谱密度整车模型整车模型l车身质心处的垂向运动方程l车身俯仰运动方程：l车身侧倾运动方程：l四个簧上质量的垂向运动悬架系统的控制悬架系统的控制车身高度调节：l无论静载如何变化，悬架工作空间可保持恒定或根据需要进行台阶l自适应阻尼调节l低阻尼（正常行驶）：控制阀打开，车身的侧倾刚度减小；l高阻尼（启动，加速，转弯，不平路面）：控制阀关闭，独立弹簧l可切换阻尼：保证减振器在几个状态间切换l相比自适应，切换阻尼能不断快速改变l全主动系统：接受加速度和位移测量信息，在控制规律下产生力信号做动器l有限带宽主动：将悬架做动器与可控减振器联合使用连续可变阻尼-孔径调节，磁流变阻尼l阻尼力可独立跟踪力需求信号，而与减振器本身的相对速度无关l可由悬架相对位移，车轮速度，车身速度最为有限状态反馈变量，求得阻尼力主动悬架的控制算法主动悬架的控制算法l随机最优控制l预瞄控制平顺性的相关研究：平顺性的相关研究：l人体：l评价l悬架系统