基于横摆角速度响应特性的汽车振动性能分析

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1、基于横摆角速度响应特性的汽车振动性能分析包凡彪(北京理工大学珠海学院，广东519085)【摘要】汽车横摆角速度是衡量汽车稳定性的一个重要指标。文章建立了汽车双质量振动系统的数学模型，结合汽车的悬架分析，应用控制系统的时域分析和频域分析方法，综合分析研究了横摆角速度对汽车振动性能的影响规律。【Abstract】Vehicleyawrateisanimportantmeasureindexofvehiclestability．Inthispaper，atwo-massvibrationsystemmathematical

2、modelofvehicleisestablished．Combinedwiththecar'sSUS—pensionanalysis，applicationcontrolsystemintime—domainanalysisand~equency-domainanalysis，thepaperhascomprehensiveanalysisedoftheyawrateofvehiclevibrationcharacteristics．【关键词】动力学横摆角速度振动特性汽车doi：10．3969／j．issn．100

3、7-4554．2012．11．060引言1车辆车身车轮双质量振动系统的振动分析汽车由复杂的多自由度“质量一刚度一阻尼”振动系统组成，它包含多个具有固有振动特汽车在行驶中的振动激励源主要是路面不平性的振动子系统，主要包括车身的垂直振动、纵度激励和动力传动总成产生的激励。路面不平度向角振动和侧倾振动、发动机曲轴的扭转振动、激励是引起汽车行驶振动的主要激振源。传动系统轴系和不平衡的振动、轮胎不平衡的振图1是分析车身车轮振动的双质量系统模动等，振动子系统之间还存在一定程度的振动耦型，基于双轴汽车的四自由度振动模型，它由车身合

4、，当这些激励源产生的振动频率接近或一致m、车轮m和弹簧刚度、车轮刚度系度、减振时，就有可能导致汽车产生共振，对整车振动性器阻尼系数C的悬架组成。q是输入的路面不平能产生影响。度函数。车轮与车身垂直位移坐标为z。、z：，坐标准确而实时地获取汽车行驶过程中的状态信原点选在各自的平衡位置。息和振动特性是汽车电子控制系统研究的关键问此系统具有车身的动态特性，对汽车平顺性题，也是实现闭环反馈控制的前提和必要条件。和车轮的接地性有很大的影响，接近实际汽车的汽车行驶时前轮在一定工况下会发生绕主销摆振悬架情况。的现象，会影响汽车的行

5、驶稳定性和操纵性，同时1．1悬架垂直刚度设计计算也会加剧轮胎和转向系统零部件的磨损，摆振达随着对汽车性能要求的日益提高，悬架的主到一定程度时还会影响汽车的平顺性。要性能参数越来越趋向非线性化。在空气弹簧的收稿日期：2012—07—16上海汽车2012．11·23·1__j曰n=√=1√(2)式中，g为重力加速度为悬架垂直变形(挠度)；口为悬架簧载质量；K为悬架刚度，指使车轮中心相对于车架和车身向上移动的单位距离所需加于-_J曰悬架上的垂直载荷。由上式可见：(1)在悬架所受垂直载荷一定时，悬架刚度越小，则汽车自然频率越

6、低。但悬架刚度越小，在一j口定载荷下悬架垂直变形就越大，即车轮上下跳动所需要的空间越大。(2)当悬架刚度一定时，簧载质量越大，则悬图1车身和车轮两个自由度振动系统架垂直变形越大，而自然频率越大。故空车行驶设计计算中，有效面积A是其主要参数，A=竹尺，时的车身自然频率要比满载行驶时的高。簧载质因此弹簧上所受的载荷F为：F=ap=,rrRP，式量变化范围越大，则频率变化范围也越大。中，P为空气弹簧的内压力。为了使簧载质量从相当于汽车空载到满载的空气弹簧轴向刚度的精确计算难以用解析法范围内变化时，车身自然频率保持不变或变化

7、很处理，只能用图解法。下面是空气弹簧轴向风度小，就需要将悬架刚度做成可变的，即空车时悬架的一般近似计算式：刚度小，而载荷增加时，悬架刚度随之增加。42Ji}=m(p+p。)7+apA(1)r2控制系统模型建立式中，m为多变指数，其值的大小决定于空气变化过程的流动速度。对于等温过程，即热交换充分，2．1汽车振动的微分方程建立温度保持不变时，m=1。对于绝热过程，m=1．4，由线ti-自由度汽车的微分方程：一般实际情况时，1

8、a)；pa为大气压力，计算时取pa=0．098MPa；A为空气弹簧的有效面积(mm)；(3)为空气弹簧的有效容积(mm)，等于空气弹簧本(-+bk2)／3+((z。一bz2)一l6=，Zm)身橡胶囊容积和附加空气室容积之和；n为空气弹(4)簧轴向变形的形状系数。将上面汽车运动微分方程整理为单自由度一以上讨论的刚度为空气弹簧的垂直刚度，并般强迫振