基于非线性特性平衡油气悬架整车模型的建立

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1、基于非线性特性平衡油气悬架整车模型的建立李辰北京理工大学机械与车辆学院[摘要]:由于越野汽车的行驶条件所致，拥有非线性刚度、非线性阻尼等重要特性的油气悬架，在越野汽车、特别是重型越野汽车中占据了越来越重要的地位。本文基于应用单侧连通油气平衡悬架的8×8高机动重型越野车为模型，建立了整车11自由度的数学模型，其中根据油气弹簧和阻尼阀的特性，推导得到了悬架非线性刚度、非线性阻尼的基本公式，为具有相同形式的车辆仿真提供了理论依据与指导。[关键词]:非线性刚度;非线性阻尼;平衡油气悬架;整车11自由度模型WholeVehicleModelSimulation

2、BasedonNonlinearHydro-pneumaticBalancedSuspensionsLIChenSchoolofMechanicalEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,ChinaAbstract:Hydro-pneumaticsuspensionswithcharacteristicsofnonlinearstiffnessandnonlineardampingoccupyanimportantpositioninoff-roadvehiclesespecial

3、lyheavyoff-roadvehiclesbecauseofoff-roadvehicles'ridingcondition.ThewholevehicleelevenDOFsmathematicmodelisbuiltupinthispaperbasedon8×8highmobilityheavyoff-roadvehicleswithsingleconnectionhydro-pneumaticbalancedsuspensions.Thenonlinearstiffnessandnonlineardampingequationsofsusp

4、ensionarederivedaccordingtocharacteristicsofhydro-pneumaticspringanddampervalve.Itprovidestheoreticalfoundationandguidanceforthesametypeofvehiclessimulation.Keywords:Thenonlinearstiffness;Thenonlineardamping;Hydro-pneumaticbalancedsuspensions;ThewholevehicleelevenDOFsmathematic

5、model对应用单侧连通油气平衡悬架的某8×8高机动重型越野车，建立其整车11自由度的数学模型：车身簧载质量的垂向、俯仰、侧倾3个自由度；每个车轮的垂向运动8个自由度；如图1所示。图l整车11自由度模型其中，zo为车身簧载质量质心处位移，m；zl、z2、z暑、z．、％、z‘、z7、z1分别对应图中车轮位移，m；8为车身俯仰角度，rad：9为车身侧倾角度，rad。假设车身为刚体，俯仰力矩和侧倾力矩作用在车身的质心上，不考虑车辆的横摆运动。轮胎阻尼忽略不计。并且忽略各种因素下引起的动态载荷、载荷转移、质心位置的变化、悬架机构的几何运动关系的改变等状况。l

6、II、啦、％、‰、七、‰、q7、‰为各个车轮处，相应的路面激励输入。以静平衡位置为系统原点，在图中所示坐标系中，根据牛顿第二定律，则整车的运动微分方程可以分别表达为：车身簧载质量垂向运动微分方程鸭·(毛一引=∑只一％g(1)车身簧载质量侧倾运动微分方程以≯=(E+最+只+只一E一瓦一E一只)·‘着+％q吃(2)车身簧载质量俯仰运动微分方程‘痧=(弓+弓)厶+(只+最)厶一(墨+E)厶一(最+圪)厶一他q％(3)第i(i=l，2，⋯⋯，8)号车轮(如图中所标)垂向运动微分方程呢乏=一(E一冗)一弓(弓一gj)(4)式中：l一为整车簧载质量；—II为单轮

7、悬架处的等效非簧载质量，8个车轮悬架处的等效非簧载质量相同：k、b分别为整车簧载质量绕x、Y轴的转动惯量：v为车辆的纵向运动速度，即车辆的行驶速度；Ll、k、I-3、L‘分别为簧载质量质心至l桥、2桥、3桥、4桥的距离；al、～分别为车辆所受的纵向和横向加速度；kT为轮胎等效线性刚度，假设本车8个轮胎具有相同的等效线性刚度：E为第i号油气弹簧对车身的作用力，主要为弹性力和阻尼力；人LFh为在静平衡位置处，第i号油气弹簧对车身的作用力；B为轮距：A为受力杠杆比；hl为簧载质量质心至侧倾中心的高度：～为簧载质量质心至俯仰中心的高度；g为重力加速度。本文中

8、，不考虑车辆所受的纵向和横向加速度al、

9、，，即：q=0(5)口。=0(6)假设车轮不跳离路面，且油气弹簧工