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1、双轴汽车受路面作用的动载荷分析2008年2刀农业机械学报第39卷第2期双轴汽车受路面作用的动载荷分析*陈翠彪刘正士彭敏赵虎秦光宇【摘要】建立计及轮胎阻尼的双轴汽车四自由度振动模型，应用随机振动理论分析了双轴汽车对随机路面激励的动载荷，探讨轮胎阻尼对车轮位移频率响应函数，以及动载荷频率响应函数的影响•得出以路面功率谱函数为输入，动载荷与行驶速度及路面等级的关系.关键词:汽车动载荷轮胎阻尼动力放大系数中图分类号:U461.51文献标识码:A引言汽车在不平整路面上行驶时，路面对车轮会产生动载荷,汽车悬架参数是决定动载荷的重要因素，轮胎阻尼也是其中一个，因此在建模过程中应当合理选择【1-4J•木
2、文建立计及轮胎阻尼的四自由度1/2车辆平而模型，运用随机振动理论分析了轮胎阻尼对车轮位移以及动载荷的影响，通过理论分析计算频率响应函数，得到有轮胎阻尼和无轮胎阻尼的车轮垂直振动位移及动载荷幅频特性曲线•并在此基础上得出随机路面激励下汽车的动载荷与路面等级和车速的关系.1双轴汽军模型当汽车对称于纵轴线，且左，右车辙的路面不平度系数相等时，可将汽车简化盛四自由度的双轴平其中面模型•并根据实际作一定的设:车身为刚体对式中称于纵轴线;汽车的刚度，阻尼与相应的位移，速度成线性关系;汽车在平衡位置小幅振动，振动时轮胎没有离开路面•建立的模型如图1所示.根据模型可以得(m2f+m2b2)2,+k2f(
3、22,—21,)+c2,(之2厂之1,)+2,=0(1)(2,+m2了az)2,+k2r(22,一21,)+(之2,—zl・)+2,=0(2)收稿日期:2007—01—19*安徽江淮汽车一合肥工业大学汽车技术研究院资助项目陈翠彪合肥工业大学机械与汽车工程学院硕士生,230009合肥市刘正士合肥工业大学机械与汽车工程学院教授博士生导师彭敏合肥工业大学机械与汽车工程学院硕士生赵虎江淮汽车股份有限公司高级工程师,230022合肥市秦光宇江淮汽车股份有限公司高级工程师图1四自由度汽车振动模型mlfZ—If—k2f(Z2f—21,)—C2f(Z'2f—之1,)+Clf(zlf一毒,)+kIf(Zl
4、f—qf)=0(3)it/.'/l丄一k2,(2,—1,)一C2,(z2,—zl,)+Cl,(zl,—,)+kl,(Zl,—q,)=0(4)Z2f2一ao)z2r2+bwit/.72f-?it/.72,——前,后轮簧载质量it/.71f・，it/.71,——前,后轮簧下质量k2f——前悬架刚度kl厂一前轮胎刚度C2J——前悬架阻尼Clf——前轮胎阻尼C2r后悬架阻尼C1,后轮胎阻尼k2,后悬架刚度kl,后轮胎刚度口r—前轮路面输入口,——后轮路面输入车身垂直位移m2质心处质量21f,21,——前，后轮的垂直位移俯仰角L——轴距n,6——质心到前，后轴的距离186农业机械学报z2卜Z2r前
5、轴和后轴的垂直位移2车轮位移对路面激励的频率响应特性通常,只对后轮的动载荷进行研究，前轮类似.对式(4)进行傅里叶变换得(一;qllrr.・O2+k2r+j匚OC2r+?+klr)一(k2r+z)jr.OClr+(5)对于后轴，进一步简化将其看成双质量系统，其动力学方程为m22+k2(2—1)+2(之2一之1)=011一k2(22—21)—f2(之2—之1)+fl(之1一舀)+kl(21一q)=0傅里叶变换后，可得后轮垂直位移对随机路面输入q的频率响应函数为Zli7q=(joxl+kl)(—m2+k2+jf2)/[(—ml+k2+jc叱2+jfl,+kl)(—m2+k2+j2,)—(k2
6、,+j2,)](6)得幅频特性为Zlr2老+7(1—]+1—罢+2弘y-jl2广A+B其中A二[z吉+y)嘶z一]B=[((On)+2去+y)_4]2mk^2c.onm2^2rklrm2ry式中——阻尼比——频率比固有频率y——刚度比质量比其幅频特性如图2所示.图2中曲线有两个峰值,这是因为当路面激励频率与车身固有频率，车轮固有频率相同吋产生共振而造成的•从图中可以看出:在车身固有频率2〜4Hz附近，两者最大峰值接近，但有阻尼时，其余频率处幅值都小，说明车轮的位移较小;在车轮固有频率10Hz附近，有阻尼时,峰值下降明显，且随着阻尼的增大峰值减小，即振动位移减小，车轮振动位移衰减变慢•表
7、明阻尼对车轮振动位移有较显着衰减作用.撤振频翠/Hz图2车轮的幅频特性由此可知计及轮胎阻尼对车轮的位移有较大的影响•轮胎阻尼可减小车轮位移，衰减振动,改变车轮固有频率，在对车轮位移建模分析时不应该忽略轮胎阻尼的影响.3汽车动载荷对路面激励的频率响应特性由图1,可得汽车后轮动载荷为F二kl,(21,—q)+fl(之1一舀)傅里叶变换后，得9•,(一)(七)式⑹,⑻可得F—q的幅频特性为lF/ql=[(C+D)/(A+B)]/(9)其中
