车身与车轮双质量系统的振动

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1、第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统的 振 动 一 、 运 动 方 程 和 振 型 分 析 00 1t212111 121222 qzKzzKzzCzm zzKzzCzm 无 阻 尼 自 由 振 动 时 00 1t2111 1222 zKzzKzm zzKzm 如 果 m1不 动 （ z1=0） 0 222 Kzzm 20 /mK如 果 m2不 动 （ z2=0） 0)( 1t11 zKKzm 1tt mKK /0与 t是 双 质 量 系 统 只 有 单 独 一 个 质 量 振 动 时 的 部 分 频 率 （ 偏 频 ） 。 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的

2、 振 动 无 阻 尼 自 由 振 动 时 ， 设 两 个 质 量 以 相 同 的 圆 频 率 和 相 角 做 简 谐 振 动 ， 振 幅 为 z10、 z20 。 tz j101 ez tz j202 ez tz j2101 ez tz j2202 ez0 102202220 zmKzmKz 0101 t201210 zmKKzmKz 220 /mK 1t2t /mKK 将 代 入 左 式 后 可 得代 入 00 1t2111 1222 zKzzKzm zzKzm 得 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 方 程 有 非 零 解 的 条 件 是 z10和 z20的 系

3、 数 行 列 式 为 零 。 022t1 20220 mK 0/ 12022t220 mK 12 t2202t202t221 4121 mmKK 、 0102020220 zz 01022t201 zzmK 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 0/ 1202t202202t4 mK 设 某 一 汽 车 rad/s20 1012 /mm9t /KK ， 求 1和 2? t 9K K由 ， 得10/21 mm 1t2t /mKK 20100 0t 10 4012 t 90mmKK01 95.0 求 得 02 01.10 ， 质 量 比 ，刚 度 比 例第 四 节 车 身

4、 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 01 95.0 将 0102202220 zmKzmKz 代 入 1.020 212012010 zz得 一 阶 主 振 型02 01.10 将 01022t20 1 zzmK 代 入得 二 阶 主 振 型 2.9920 222022010 zz 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 当 激 振 频 率 接 近 1时产 生 低 频 共 振 ， 按 一 阶 主振 型 振 动 ， 车 身 质 量 m2的振 幅 比 车 轮 质 量 m1的 振 幅大 将 近 10倍 ， 称 为 车 身 型振 动 。 当 激 振 频 率 接 近 2

5、时 产 生 高 频 共 振 ， 按 二 阶主 振 型 振 动 ， 车 轮 质 量 m 1的 振 幅 比 车 身 质 量 m2的 振幅 大 将 近 100倍 ， 称 为 车 轮型 振 动 。 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 qKzKKzCzm t1t111 当 车 轮 部 分 在 高 频 共 振 区振 动 时 ， 车 身 基 本 不 动 ， 可 以视 为 车 轮 部 分 单 质 量 在 振 动 。 qzzz t1t1112 j KKKCm 将 复 振 幅 代 入 ， 得 CKKm K j t12 t1 q/z tt2t tt j21 / / KKK 此 时 ， 车

6、 轮 位 移 z1 对 路 面 位 移 q 的 频 率 响 应 函 数 为 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 降 低 非 悬 挂 质 量 m1， 使 车 轮 部 分 固 有 频 率 t和 阻 尼 比 t都 加 大 ， 车 轮 部 分 高 频 共 振 加 速 度 基 本 不 变 ， 但 车 轮 部分 动 载 下 降 ， 对 降 低 相 对 动 载 有 利 。 2tt22t tt1 /2/1 / KKK qz 11zm 车 轮 位 移 z1 对 路 面 位 移 q 的 幅 频 特 性 为时 ，当 t 1tt /mKK t ttt1t1 2tt KKK /qzqz 1t

7、t 2/ mKKC 高 频 共 振 时 车 轮 加 速 度 均 方 根 谱 正 比 于)( t1 GZ t1 q/z 已 知 思 考 ： 如 何 降 低高 频 共 振 时 车 轮的 振 动 加 速 度 ？第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 d/F G 二 、 双 质 量 系 统 的 传 递 特 性 00 1t212111 121222 qzKzzKzzCzm zzKzzCzm 由 KCKCm jj 1222 zz t2t121 jj KKCKKCm qzz 代 入 复 振 幅 得1.车 轮 部 分 z1 q的 幅 频 特 性KC j1A KCm j222At123

8、j KKCm A令 2123 AAAN 212212 jj AAzz KCm KC NAAAA Aqz1 t22123 t2 KK 得 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 12 22 2 21 1 4zq 22020222020 1141111 / 刚度比/t KK 质 量 比12 m/m幅 频 特 性 为由 得此 式 为 近 似 式 ， 用 表 示 2tt22t tt 21 / KK/K qz1 1zq qz1 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 ； 。 12 22 2 21 1 4zq 由 幅 频 特 性 0时 ， |z1/q| 1,

9、 。 0时 ， 渐 近 线斜 率 为 -2:1， 车 轮 部 分将 高 频 输 入 加 以 滤 波 。 = t时 ， 产 生 高 频共 振 ， 在 t较 小 时 ， 会出 现 尖 峰 。 及幅 频 特 性 近 似 式 t t1 22 2t t t/1 / j2 /K K Kzq ， 做 幅 频 特 性 曲 线 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 1 t t/ /K K K z q 2.双 质 量 系 统 的 传 递 特 性qzzzqz 1122 NAAA t221 K NA t1Kqzzzqz 1 122 212222212222 22 4141 41 212241

10、 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 qzzzqz 1122 幅 频 特 性 |z2/q| 在 f=f0 和f=ft=t/2处 有 低 、 高 两 个 共 振峰 ， 路 面 输 入 q 在 f f0 时由 悬 架 衰 减 ， 在 f ft 时 ， 又进 一 步 被 轮 胎 衰 减 。 2由 用 作 图 法 做 出 qz2第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 = 三 、 车 身 加 速 度 、 悬 架 弹 簧 动 挠 度 和 车轮 相 对 动 载 的 幅 频 特 性1.车 身 加 速 度 对 的 幅 频 特 性2z q 12 2 21 4zq

11、 2第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 qzqz 22j qzH 2.相 对 动 载 /G对 的 幅 频 特 性q qzF 1td K gmgmmG 1121 gm KGH qGF 1j 1 t1dd qqzqF/ gm KNKG 11 1 tt2d AqF 12 22 2 2d 1 41FGq g 车 轮 动 载静 载 NAqz t21 K将 代 入 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 dF 3.悬 架 动 挠 度 对 的 幅 频 特 性 曲 线q2 t1 K Azq N1 t2 AKzq N 212d 1 qf qzqzqzzqf 1

12、212ddj qfH 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 N AANANAqf 21tt2t1d KKK df 四 、 在 路 面 随 机 输 入 下 系 统 振 动 响 应 量 均 方 根 值 的 计 算 ffGqz d20 222 qz funnGqz d4 20 220022 2 qz 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 ffnfnGNn qz 22122 qz 五 、 系 统 参 数 对 振 动 响 应 量 均 方 根 值 的 影 响系 统 参 数 f0/Hz 基 准 值 1 0.25 10 9+6dB 2 0.5 20 18 6

13、dB 0.5 0.125 5 4.5计 算 时 系 统 参 数 的 取 值第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 1.车 身 固 有 频 率 f0的 影 响第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 2.车 身 部 分 阻 尼 比 的 影 响第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 3.车 身 与 车 轮 部 分 质 量 比 的 影 响第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 4.悬 架 与 轮 胎 的 刚 度 比 的 影 响第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 响 应 量参 数f

14、 6dB +8.97dB-9.18dB +8.54dB-8.89dB -3.00dB+2.77dB 6dB +1.77dB-0.04dB -0.49dB+2.16dB -3dB+3dB 6dB -0.09dB+0.18dB -1.59dB+1.57dB -0.20dB+0.88dB 6dB +2.22dB-1.80dB +5.30dB-4.26dB +0.05dB-0.04dB系 统 参 数 对 振 动 响 应 量 均 方 根 值 的 影 响 的 算 例2z GFd / df第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 六 、 主 动 与 半 主 动 悬 架 被 动 悬 架

15、： 弹 簧 刚 度 K 和 减 振 器 阻 尼 系 数 C 在 设 计时 一 旦 选 定 后 ， 使 用 过 程 中 参 数 不 改 变 的 悬 架 。 被 动 悬 架 的 缺 点 是 ： 当 载 荷 、 车 速 、 路 况 等 行 驶 状态 变 化 时 ， 悬 架 不 能 满 足 各 种 行 驶 状 态 下 对 悬 架 性 能 的较 高 要 求 。第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 可 控 悬 架 ： 将 传 感 器测 量 的 系 统 运 动 状 态 信 号输 入 电 控 单 元 ， 电 控 单 元经 过 分 析 、 判 断 后 给 力 发生 器 发 出 指 令

16、， 产 生 主 动控 制 力 ， 满 足 不 同 工 况 对悬 架 系 统 特 性 参 数 变 化 的要 求 。第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 特 点 是 比 被 动 自 适 应 悬 架 的 切 换 速 度 快 ， 通 常 在 10ms以 内 ， 可 在 车 辆 每 个 振 动 周 期 内 频 繁 切 换 。 有 “ 空 钩 ” 和 “ 地 钩 ” 两 种 控 制 方 式 。1.可 控 悬 架 的 分 类 可 根 据 车 速 、 制 动 、 转 向 等 行 驶 状 态 ， 有 级 地 切 换 刚度 及 阻 尼 的 大 小 ， 以 满 足 “ 舒 适 平 顺 型

17、” 、 “ 运 动 行驶 安 全 性 ” 以 及 保 证 车 身 姿 态 的 要 求 。 力 的 方 向 由 悬 架 相 对 位 移 和 相 对 速 度 的 符 号 决 定 。 21 zz （ 1） 被 动 自 适 应 悬 架 21 zz 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动（ 2） 半 主 动 悬 架 “空 钩 ” 控 制 时 ， 根 据 悬 架 的 相 对 速 度 和 车 身 的 绝 对 加 速 度 的 符 号 来 切 换 阻 尼 设 置 。 21 zz z第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 “空 钩 ” 控 制 半 主 动 悬 架 又

18、 分 为 两 种1） 开 关 式 “ 空 钩 ” 控 制 可 切 换 阻 尼 悬 架 0122 zzz 12on zzCF 0122 zzz 0F当 “on”状 态阻 尼 力 当 “off”状 态阻 尼 力Con on状 态 可 切 换 阻 尼 减 振器 的 阻 尼 系 数 。 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 2） 连 续 可 调 阻 尼 半 主 动 悬 架 0122 zzz 0122 zzz 0F当 阻 尼 力 当 阻 尼 力2skyzCF 12eq2sky zzCzC 122skyeq / zzzCC 空 钩 控 制 减 振 器 阻 尼 系 数 。 连 续

19、可 调 阻 尼 器 的 等 效 阻 尼 系 数 。 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动“空 钩 ” 控 制 半 主 动 悬 架 又 分 为 两 种 skyC eqC （ 3） 主 动 悬 架 特 点 ： 车 身 和 车 轮 之 间 的 力 和 车 身 与 车 轮 之 间 的 相 对运 动 独 立 。 半 主 动 悬 架 ： 作 动 器 与 一 个 弹 簧 串 联 （ 如 油 气 弹 簧 ） ，再 与 一 个 减 振 器 并 联 。 系 统 在 5 6H z以 下 可 实 现 有 限 带宽 主 动 控 制 ， 高 于 此 频 率 则 控 制 阀 不 再 响 应 ， 恢

20、 复 为 被 动悬 架 。 全 主 动 悬 架 ： 作 动 器 带 宽 一 般 至 少 覆 盖 0 15H z， 能有 效 跟 踪 力 控 制 信 号 。 为 了 减 少 能 量 消 耗 ， 一 般 作 动 器 与一 个 承 受 车 身 静 载 的 弹 簧 并 联 。第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 2.主 动 和 被 动 悬 架 频 响 特 性 和 控 制 效 果 的 对 比 分 析主 动 悬 架 的 运 动 方 程 为1） 运 动 方 程 uqzKzm uzm 1t11 22 2312121 zlzlzzlu 00 23121211t11 231212122

21、zlzlzzlqzKzm zlzlzzlzm u为 主 动 控 制 力 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 2） 可 控 悬 架 系 统 的 频 率 响 应 函 数将 复 振 幅 代 入 运 动 方 程 后 可 得 12113222 jj llllm zz qzz t132t12121 jj KllKllm 13221 j llm B 122 j ll Bt12123 j Kllm B 134 j ll B4231 t11 BBBB Bqz K 4231 t22 BBBB Bqz K 1212 BBzz 令 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振

22、 动 3） 可 控 悬 架 系 统 的 幅 频 特 性4231 t22 BBBB Bqz K 4231 t12d 1 BBBB BBqf K d 1 t t1 3 2 4 1 2B1 1B B B BF K KGq m m g 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动通 过 推 导 ， 可 以 得 到 三 个 振 动 响 应 量 对 的 幅 频 特 性q 4） 主 动 悬 架 系 统 的 传 递 特 性 与 控 制 效 果参 数 取 值 参 数 取 值m1 24kg C 754Ns/mm2 240kg f0 1H zK 9475N/m ft 10H zKt 85270N/

23、m =t 0.25 参 数 取 值l1 7592 N/ml2 481 l3 1916被 动 悬 架 参 数参 数 取 值 参 数 取 值f 0 0.8752H z =Kt/K 11.2321ft 9.7035H z 10 0.6787 t 0.1688 反 馈 系 数考 虑 反 馈 系 数 后 悬 架 系 统 的 参 数第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 N s/mN s/m 主 动 控 制 主 要 改 善 了“ 车 身 车 轮 ” |z2/z1|这 一 环 节 在 共 振 和 高 频 区的 传 递 特 性 。 主 动 悬 架 在 “ 车 轮 路 面 ” |z1/q

24、| 这 一 环 节 ft 附近 的 高 频 共 振 区 ， 共 振 峰比 被 动 悬 架 反 而 更 高 ， 这与 反 馈 系 数 有 关 。 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 思 考 ： 主 动 悬 架 在 低 频共 振 区 和 高 频 共 振 区 对各 振 动 响 应 量 的 影 响 有何 不 同 ？主 动 与 被 动 悬 架 振 动 响 应 量 的 幅 频 特 性 曲 线第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 l1 相 当 于 悬 架 弹 簧 刚 度 K。 l2 和 l3 分 别 是 作 用 于 车 轮 质量 m1 及 车 身 质 量

25、 m2 的 “ 地 钩 ”和 “ 空 钩 ” 阻 尼 的 阻 尼 系 数 。第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动主 动 与 被 动 悬 架 振 动 响 应 量 的 幅 频 特 性 曲 线 当 考 虑 主 动 控 制 力 在 对 车 轮 质 量 的 作 用 时 ， 运 动 方 程 为 00 231211t11 2312122 zlzzlqzKzm zlzzlzm 参 数 l1 l2 l3取 值 9475N/m 0 11035Ns/m参 数 取 值 参 数 取 值f 0 6.6718 ft 9.8296 1 t 0.0258=Kt/K 9 10 第 四 节 车 身 与 车

26、 轮 双 质 量 系 统 的 振 动空 钩 控 制 反 馈 系 数振 动 系 统 的 参 数 空 钩 控 制 进 一 步 改 善了 “ 车 身 车 轮 ” |z2/z1|这 一 环 节 在 共 振 和 高 频 区的 传 递 特 性 。 但 在 “ 车 轮 路 面 ” |z1/q| 这 一 环 节 ft 附 近 的 高频 共 振 区 ， 由 于 ft 非 常 小 ，所 以 出 现 突 出 的 共 振 峰 。 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 空 钩 控 制 与 被 动 悬 架 振 动 响 应 量 的 幅 频 特 性第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 空 钩 控 制 时 反 馈 系 数 l3的 变 化 对 振 动 响 应 量 的 幅 频 特 性第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动 第 四 节 车 身 与 车 轮 双 质 量 系 统 的 振 动本 节 内 容 结 束下 一 节