车身与车轮双质量系统的振动

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,第六章 汽车的平顺性,1,一、运动方程和振型分析,无阻尼自由振动时,如果,m,1,不动（,z,1,=0）,如果,m,2,不动（,z,2,=0）,0,与,t,是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,2,无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率,和相角,做简谐振动，振幅为,z,10,、,z,20。,将,代入左式后可得,代入,得,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,3,方程有非零解的条件是,z,10,和,z,20,的系数行列式为零。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,4,设某一汽车,，求,1,和,2,?,，质量比 ，,刚度比,例,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,5,得一阶主振型,得二阶主振型,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,6,当激振频率,接近,1,时产生低频共振，按一阶主振型振动，车身质量,m,2,的振幅比车轮质量,m,1,的振幅,大将近10倍,，称为,车身型振动,。,当激振频率,接近,2,时产生高频共振，按二阶主振型振动，车轮质量,m,1,的振幅比车身质量,m,2,的振幅,大将近,100,倍,，称为,车轮型振动,。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,7,当车轮部分在高频共振区振动时，车身基本不动，可以视为车轮部分单质量在振动。,将复振幅代入，得,此时，车轮位移,z,1,对路面位移,q,的频率响应函数为,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,8,降低非悬挂质量,m,1,，使车轮部分固有频率,t,和阻尼比,t,都加大，车轮部分高频共振加速度基本不变，但车轮部分动载 下降，对降低相对动载,有利。,车轮位移,z,1,对路面位移,q,的幅频特性为,高频共振时车轮加速度均方根谱 正比于,已知,思考：如何降低高频共振时车轮的振动加速度？,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,9,二、双质量系统的传递特性,由,代入复振幅得,1.车轮部分,z,1,q,的幅频特性,令,得,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,10,幅频特性为,由,得,此式为 近似式，用 表示,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,；,。,11,由幅频特性,0,时，|,z,1,/,q,|1,。,0,时，渐近线斜率为-2:1，车轮部分将高频输入加以滤波。,=,t,时，产生高频共振，在,t,较小时，会出现尖峰。,及,幅频特性近似式,，做幅频特性曲线,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,12,2,.双质量系统的传递特性,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,13,幅频特性|,z,2,/q,|在,f,=,f,0,和,f=f,t,=,t,/2,处有低、高两个共振峰，路面输入,q,在,f,f,0,时由悬架衰减，在,f,f,t,时，又进一步被轮胎衰减。,由,用作图法做出,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,=,14,三、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车轮相对动载的幅频特性,1.,车身加速度 对 的幅频特性,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,15,2.相对动载,/,G,对 的幅频特性,车轮动载,静载,将 代入,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,16,3.悬架动挠度,对 的幅频特性曲线,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,17,四、在路面随机输入下系统振动响应量均方根值的计算,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,18,五、系统参数对振动响应量均方根值的影响,系统参数,f,0,/,Hz,基准值,1,0.25,10,9,+,6,dB,2,0.5,20,18,6,dB,0.5,0.125,5,4.5,计算时系统参数的取值,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,19,1.车身固有频率,f,0,的影响,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,20,2.车身部分阻尼比,的影响,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,21,3.车身与车轮部分质量比,的影响,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,22,4.悬架与轮胎的刚度比,的影响,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,23,响应量,参数,f,6dB,+8.97dB,-9.18dB,+8.54dB,-8.89dB,-3.00dB,+2.77dB,6dB,+1.77dB,-0.04dB,-0.49dB,+2.16dB,-3dB,+3dB,6dB,-0.09dB,+0.18dB,-1.59dB,+1.57dB,-0.20dB,+0.88dB,6dB,+2.22dB,-1.80dB,+5.30dB,-4.26dB,+0.05dB,-0.04dB,系统参数对振动响应量均方根值的影响的算例,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,24,六、主动与半主动悬架,被动悬架：,弹簧刚度,K,和减振器阻尼系数,C,在设计时一旦选定后，使用过程中参数不改变的悬架。,被动悬架的缺点是：,当载荷、车速、路况等行驶状态变化时，悬架不能满足各种行驶状态下对悬架性能的较高要求。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,25,可控悬架,：将传感器测量的系统运动状态信号输入电控单元，电控单元经过分析、判断后给力发生器发出指令，产生主动控制力，满足不同工况对悬架系统特性参数变化的要求。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,26,特点是比被动自适应悬架的切换速度快，通常在10ms以内，可在车辆每个振动周期内频繁切换。,有“空钩”和“地钩”两种控制方式。,1.,可控悬架的分类,可根据车速、制动、转向等行驶状态，有级地切换刚度及阻尼的大小，以满足“舒适,平顺型”、“运动,行驶安全性”以及保证车身姿态的要求。,力的方向由悬架相对位移 和相对速度,的符号决定。,（,1,）被动自适应悬架,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,（,2,）半主动悬架,27,“空钩”控制时，根据悬架的相对速度,和车身的绝对加速度 的符号来切换阻尼设置。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,28,“空钩”控制半主动悬架又分为两种,1）开关式“空钩”控制可切换阻尼悬架,当,“on”状态,阻尼力,当,“off”状态,阻尼力,C,on,on状态可切换阻尼减振器的阻尼系数。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,29,2）连续可调阻尼半主动悬架,当,阻尼力,当,阻尼力,空钩控制减振器阻尼系数。,连续可调阻尼器的等效阻尼系数。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,“空钩”控制半主动悬架又分为两种,30,（3）主动悬架,特点：,车身和车轮之间的力和车身与车轮之间的相对运动独立。,半主动悬架：,作动器与一个弹簧串联（如油气弹簧），再与一个减振器并联。系统在56Hz以下可实现有限带宽主动控制，高于此频率则控制阀不再响应，恢复为被动悬架。,全主动悬架：,作动器带宽一般至少覆盖015Hz，能有效跟踪力控制信号。为了减少能量消耗，一般作动器与一个承受车身静载的弹簧并联。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,31,2.,主动和被动悬架频响特性和控制效果的对比分析,主动悬架的运动方程为,1）运动方程,u,为主动控制力,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,32,2）可控悬架系统的频率响应函数,将复振幅代入运动方程后可得,令,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,33,3）可控悬架系统的幅频特性,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,通过推导，可以得到三个振动响应量对 的幅频特性,34,4）主动悬架系统的传递特性与控制效果,参数,取值,参数,取值,m,1,24kg,C,754N,s/m,m,2,240kg,f,0,1Hz,K,9475N/m,f,t,10Hz,K,t,85270N/m,=,t,0.25,参数,取值,l,1,7592 N/m,l,2,481,l,3,1916,被动悬架参数,参数,取值,参数,取值,f,0,0.8752Hz,=,K,t,/,K,11.2321,f,t,9.7035Hz,10,0.6787,t,0.1688,反馈系数,考虑反馈系数后悬架系统的参数,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,35,主动控制主要改善了“车身车轮”|,z,2,/,z,1,|,这一环节在共振和高频区的传递特性。,主动悬架在“车轮路面”,|,z,1,/,q,|,这一环节,f,t,附近的高频共振区，共振峰比被动悬架反而更高，这与反馈系数有关。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,36,思考：主动悬架在低频共振区和高频共振区对各振动响应量的影响有何不同？,主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,37,l,1,相当于悬架弹簧刚度,K,。,l,2,和,l,3,分别是作用于车轮质量,m,1,及车身质量,m,2,的“地钩”和“空钩”阻尼的阻尼系数。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线,38,当考虑主动控制力在对车轮质量的作用时，运动方程为,参数,l,1,l,2,l,3,取值,9475N/m,0,11035N,s/m,参数,取值,参数,取值,f,0,6.6718,f,t,9.8296,1,t,0.0258,=,K,t,/,K,9,10,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,空钩控制反馈系数,振动系统的参数,39,空钩控制进一步改善了“车身,车轮”|,z,2,/,z,1,|这一环节在共振和高频区的传递特性。,但在“车轮,路面”|,z,1,/,q,|这一环节,f,t,附近的高频共振区，由于,f,t,非常小，所以出现突出的共振峰。,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,40,空钩控制与被动悬架振动响应量的幅频特性,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,41,空钩控制时反馈系数,l,3,的变化对振动响应量的幅频特性,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,42,第四节 车身与车轮双质量系统的振动,本节内容结束,下一节,43,