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1、第13卷第5期系统仿真学报Vol.13No.52001年9月JOURNALOFSYSTEMSIMULATIONSept.2001文章编号1004-731X(2001)05-0649-03汽车非线性悬架动态特性研究赵和平,黄宏成,李鸿光,张建武上海交通大学机械工程学院汽车工程研究所上海200030摘要:文中详细研究了非线性弹簧汽车悬架系统的动态特性主要从理论上分析了用变刚度弹簧代替定常刚度弹簧后悬架的动态特性探讨了用小参数摄动法研究分析非线性系统响应特性的有效性同时将结果与数值仿真研究结果进行了比较研究结果表明用小参数摄动法
2、可以得到系统周期激励下响应的近似解析解为分析悬架系统动态特性提供了一个有效的方法同时也为悬架设计提供了理论依据关键词:变刚度弹簧;小参数摄动法;悬架中图分类号U461.4;U463.33;O322文献标识码ADynamicCharacteristicsofVehicleSuspensionwithNon-linearSpringsZHAOHe-ping,HUANGHong-cheng,LIHong-guang,ZHANGJian-wu(InstituteforAutomotiveEngineering,SchoolofMe
3、chanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Inthispaper,thedynamicperformanceofvehiclesuspensionshavinganon-linearvariablestiffnessspringinsteadofconventionaloneisstudied.Theeffectivenessofthesmallparameterperturbationmethodbywhich
4、responsesofthenon-linearsystemareanalyzedisdiscussed,andalsothetheoreticalpredictionsproducedbytheperturbationtechniquearecomparedwithnumericalresultsobtainedbycomputersimulations.Itisdemonstratedthroughthecomparisonthatanapproximatelyanalyticsolutionafterusingthe
5、smallparameterperturbationmethodunderperiodicalexcitationcanbeobtained.Thepresentresearchalsoprovidesausefulmethodforthedesignofthenon-linearsuspensionsystem.Keywordsnon-linearsprings;smallparameterperturbationmethod;suspension1F=k×x(1)1引言s式中F为弹簧力k为弹簧刚度x为弹簧位移s车辆在行
6、驶过程中轮胎和悬架的性能对乘坐舒适性变刚度弹簧的力-位移曲线如图1所示图中虚线代表和操纵稳定性的影响最大路面激励经由轮胎及悬架传至乘线性弹簧的力-位移曲线而实线代表非线性弹簧的力-位移员由于轮胎结构参数无法改变改进车辆乘坐舒适性的研曲线非线性弹簧的力位移关系可表出如下究工作主要集中在悬挂系统的动态特性F=k×x+e×kx3(2)s传统被动悬架具有结构简单成本低维护方便等优式中e为一小参数表示弹簧的非线性程度当e=0时点至今还在汽车有广泛应用被动悬架的弹簧刚度和阻尼该弹簧即是线性的系数是恒定的因此在复杂路面和多变工况下其性能
7、相对较差从系统动力学角度讲乘坐舒适性要求悬架弹簧软一些好而操纵稳定性要求悬架弹簧硬些传统被动悬架难以同时满足这两方面的要求使用变刚度弹簧代替定常弹簧在汽车悬架系统中已经得到应用本文中主要从理论角度研究具有变刚度弹簧的汽图1非线性弹簧的力-位移特性曲线车悬架系统的动态特性并与数值仿真模拟结果进行了比较从图1看出小变形时非线性弹簧近似线性的而大变形其外特性明显呈非线性实际悬架系统中的弹簧都是非2变刚度弹簧悬架的动态特性线性的只是其非线性程度有所不同传统悬架都具有定常刚度的线性弹簧常刚度弹簧其本文以四分之一车模型悬架系统为研究对
8、象如图2力-位移关系可表出如下所示该系统中轮胎刚度悬架阻尼取为固定值悬架弹簧为变刚度的收稿日期2000-11-03修定日期2001-04-09由于弹簧刚度系数在车辆行驶过程中是变化的无法作者简介赵和平(1969-),男,陕西省富平县人,博士,研究方向主要包用传递函数描述该悬架系统的动态特性同样由于非线性
