車輛半主動懸架與路面系統(tǒng)的分析和建模研究_工程管理

1、車輛半主動懸架與路面系統(tǒng)的分析和建模研究在車輛高速化的進(jìn)程中，人們對車輛的乘坐舒適性、平安性等方面提出了更高的要求，傳統(tǒng)的被動懸架由于其自身特點的局限性己漸漸不能滿意人們的這一需求。本文建立了四分之一車輛被動、半主動懸架系統(tǒng)模型，并簡要介紹了路面模型，并對被動阻尼懸架系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)特性分析，為懸架系統(tǒng)掌握策略設(shè)計與仿真分析供應(yīng)理論基礎(chǔ)。1四分之一車輛模型車輛系統(tǒng)是一個簡單的多自由度非線性系統(tǒng)，為便于分析懸架系統(tǒng)動力學(xué)特性，需要對其進(jìn)行簡化，否則解釋系統(tǒng)性能的變化就特別困難。目前常用的動力學(xué)模型有單自由度模型、兩自由度模型、半車模型和整車模型。因本文主要討論半主動懸架系統(tǒng)特性，故采納目前比較常用

2、的四分之一車輛模型。它是一個二自由度系統(tǒng)，是能夠仿真乘坐舒適性、車身位移、車輪動載和懸架位移的最小模型，在該模型中，因輪胎的阻尼較小而予以忽視，并假設(shè)輪胎和路面是始終接觸的?；诖帕髯儨p振器的半主動懸架系統(tǒng)二自由度1/4車輛模型如圖1所示，由于基于磁流變減振器的懸架系統(tǒng)是一種阻尼可連續(xù)調(diào)整的半主動懸架系統(tǒng)，是通過調(diào)整減振器的阻尼來實現(xiàn)掌握的半主動懸架系統(tǒng)，所以這里將磁流變減振器模型表示成由基值阻尼C和可調(diào)阻尼Ccu兩部分組成。由牛頓其次定律得系統(tǒng)運動學(xué)微分方程為：對于車輛懸架系統(tǒng)，設(shè)計準(zhǔn)則是：在有限的懸架工作空間內(nèi)，為駕駛員和乘客供應(yīng)良好的乘坐舒適性、可接受的車身姿勢以及對車輪動載荷的合理掌握

3、。其中各個變量定義及該準(zhǔn)則的細(xì)化描述為：懸架系統(tǒng)動行程定義為車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移，表達(dá)式為Xb-Xw。在懸架系統(tǒng)掌握中必需保證懸架動行程在肯定的范圍之內(nèi)，由于懸架的工作空間是有限的;車身加速度為Xb-車身加速度水平降至最低是被廣為接受的車輛乘坐舒適性的評價指標(biāo);輪胎動位移是指車輪中心相對路面的偏離位移，表達(dá)式為Xw-Xr，輪胎動位移與輪胎剛度的乘積K2(Xw-Xr)即為輪胎動載荷一是車輛操縱穩(wěn)定性的評價指標(biāo)，必需將其掌握在合理的范圍之內(nèi)，以保證車輛在操縱轉(zhuǎn)向時具有良好的輪胎接地性。2懸架系統(tǒng)動力學(xué)和階躍響應(yīng)特性分析假如將基于磁流變減振器的阻尼可調(diào)的半主動懸架系統(tǒng)的阻尼系數(shù)固定的

4、話，那么它就可看作是一被動懸架系統(tǒng)了。本文考查阻尼系數(shù)的轉(zhuǎn)變對懸架系統(tǒng)性能的影響，并期望對它的分析能有助于指導(dǎo)半主動懸架系統(tǒng)掌握策略的設(shè)計及掌握器參數(shù)的優(yōu)化。被動懸架系統(tǒng)模型如圖2所示：其中C;為懸架系統(tǒng)的被動阻尼，其余各參數(shù)的意義可參見表1。在使用傳遞函數(shù)描述懸架系統(tǒng)并對其進(jìn)行階躍響應(yīng)分析時，由于Mablab在數(shù)值計算求解過程中因截斷誤差而造成仿真結(jié)果出錯，故下面采納狀態(tài)空間方程來描述懸架系統(tǒng)的運動學(xué)特性并對其進(jìn)行求解。取狀態(tài)變量X=T，則運動學(xué)微分方程可轉(zhuǎn)換成狀態(tài)空間方程形式計算可得，車身加速度幅值與輪胎動位移幅值隨著懸架阻尼的變化有著相反的變化趨勢，說明車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性是一對

5、較難協(xié)調(diào)的沖突。若從減小沖擊以提高車輛乘坐舒適性動身，則應(yīng)設(shè)置小懸架阻尼，此時車身加速度收斂速度將相應(yīng)變慢;而從提高車輛操縱轉(zhuǎn)向時的輪胎接地性動身，則需設(shè)置大懸架阻尼。3道路模型車輛在行駛時，路而的小平將激發(fā)車輛的振動，雖然引起車輛振動的振源還有發(fā)動機、傳動系等，但路面不平是車輛振動的基本輸入。按路面不平度類型不同可將路面激勵分為隨機激勵和離散大事激勵，前者來自于路面連續(xù)的隨機的不平整，而后者則來自于路面的凹坑和凸起等。對于離散大事激勵路面類型，通常采納階躍函數(shù)、矩形脈沖函數(shù)和半正弦波等來描述實際路面中的凹坑和凸起;而對于隨機激勵路面類型，則主要采納路面功率譜密度來描述其不平度統(tǒng)計特性，路面功率譜密度Gq(n)的擬合表達(dá)式，Gq(n0)為路面不平度系數(shù)，A-E七個等級路面分別對應(yīng)有不同的路面不平度系數(shù)Gq(n0)的幾何平均值;W為頻率指數(shù)，分級路面譜的頻率指數(shù)取為2。實際上，上式與實際狀況仍有不符之處，在時間頻率了趨向于零時，路面功率譜將趨向無窮大，而實際路面并非如此。本文在對半主動懸架掌握系統(tǒng)進(jìn)行仿真時，將選用更能反應(yīng)實際路面狀況的道路譜模型，總之，對路面模型的描述和建模，是為了在仿真時利用其對懸架系統(tǒng)性能進(jìn)行檢驗，使懸架系統(tǒng)能適應(yīng)各種路況，并找出懸架系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題，為懸架系統(tǒng)及其掌握策略設(shè)計供應(yīng)關(guān)心。關(guān)于 A-E級路面理