汽車動力學-5課件

第五章汽車懸架系統(tǒng)動力學5.1被動式懸架參數(shù)優(yōu)化5.2主動懸架工作原理2022/11/2315.1振動系統(tǒng)運動微分方程根據(jù)機械、汽車的等的實際結(jié)構(gòu)簡化成多自由度系統(tǒng)模型后，要研究其振動問題，關鍵在于建立系統(tǒng)的運動微分方程2022/11/2325.1.1用牛頓定律建立系統(tǒng)微分方程（1）二自由系統(tǒng)質(zhì)量在水平光滑平面上作往復直線運動2022/11/2335.1.1用牛頓定律建立系統(tǒng)微分方程（3）可以看出，這是一組兩個聯(lián)立的微分方程。第一個方程中不僅有x1及其導數(shù)，也有x2及其導數(shù)，第二個方程也是如此。這種現(xiàn)象就是前面提到的“耦合”現(xiàn)象。當位移項x1與x2耦合時，稱為“彈性力耦合”(或靜力耦合)當加速度項x1與x2耦合時，稱為“慣性力耦合”(或動力耦合)。2022/11/235歸并整理得2022/11/236轉(zhuǎn)換為矩陣形式5.1.1用牛頓定律建立系統(tǒng)微分方程（4）多自由度振動系統(tǒng)的微分方程就具有這種形式，如果上述各矩陣能夠直接寫出，則建立系統(tǒng)方程就方便多了。系統(tǒng)微分方程的矩陣中，如質(zhì)量矩陣為對角形的，則慣性力不耦合，否則則為慣性力耦合。剛度矩陣一般為對稱形，所以為彈性力耦合。阻尼矩陣一般也為對稱形。2022/11/2375.1.2二自由度系統(tǒng)的自由振動2022/11/238系統(tǒng)阻尼為0二自由度無阻尼自由振動系統(tǒng)(2)固有頻率、主振型及主振動2022/11/2310從單自由度系統(tǒng)振動理論得知，系統(tǒng)的無阻尼自由振動是簡諧振動。所以可設在振動時兩個質(zhì)量按同樣的頻率和相位角作簡諧振動，則方程組的特解可設為振幅A1與A2、相位角、頻率p都有待于確定。分別取一、二階導數(shù)關于振幅A1與A2的線性齊次代數(shù)方程組主振型振幅的大小可用振動的初始條件來確定，但當系統(tǒng)按任一固有頻率振動時，振幅比卻和固有頻率一樣，只決定于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì)。在振動過程中，系統(tǒng)各點位移的相對比值都可由振幅比確定。可見，振幅比確定了系統(tǒng)的振動形態(tài)，因此，稱為主振型。主振型和固有頻率一樣，只決定于系統(tǒng)本身的物理性質(zhì)，而與初始條件無關。主振型與固有頻率密切相關，系統(tǒng)有幾個固有頻率，就有幾個主振型。多自由度系統(tǒng)具有多個固有頻率和相應的主振型。與p1對應的振幅比1稱為第一階主振型；與p2對應的振幅比2稱為第二階主振型。2022/11/2312固有頻率p1、p2代入得到對應于p1和p2振幅A1和A2之間有兩個確定的比值。這個比值稱為振幅比，用1和2表示：5.2被動式懸架參數(shù)優(yōu)化1．取1/4汽車作為分析模型；2．只考慮垂直方向振動；3．不考慮非線性因素；4．認為輪胎不離開路面。2022/11/23142022/11/2315系統(tǒng)在時域中的動力學方程拉氏變換KtCsS+k2+－+－+－+－車身位移與路面激勵之間的傳遞函數(shù)2022/11/2316車身位移與車身干擾力的傳遞函數(shù)2022/11/2317隨機路面輸入下懸架參數(shù)的優(yōu)化2022/11/2318不考慮車身上干擾力的影響，即Fb(S)=0懸架參數(shù)對車身垂直加速度均方根值的影響2022/11/2320fs較大（彈簧較軟）時，Ψmin可選得小一些；ft較大（輪胎較軟）時，Ψmin可選得大一些懸架動撓度和車輪動載2022/11/2321懸架動撓度（x2-x1）使用條件一定時，彈簧行程將隨阻尼的增大而單調(diào)地減小車輪動載Fd=Kt(x1-x0)與地面靜載Gc=(M+m)g此式表明當A，v一定時，使車輪動載最小有一最佳阻尼值車輪動載最小的阻尼比為5.3主動懸架工作原理主動式懸架也可稱為“可調(diào)懸架”，主要通過各種反饋信息實現(xiàn)懸架剛度和阻尼值的可調(diào)，以保證汽車行駛時的舒適性和安全性都很好。主動式懸架主要由三部分

組成：能源反饋控制系統(tǒng)（微機、傳感

器、信號處理器等）執(zhí)行機構(gòu)（力發(fā)生器）2022/11/2323主動懸架的數(shù)學模型僅進行垂直振動分析時常采用1／4整車所簡化的模型。該模型與一般被動式傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)不同之處在于：彈性元件和減振器被執(zhí)行機構(gòu)代替，執(zhí)行機構(gòu)一方面和動力源相連以獲得能量(又稱有源懸架)，另一

方面又和反饋控制系統(tǒng)相連，反饋系

統(tǒng)從本身振動參數(shù)中獲得信息，經(jīng)過

反饋系統(tǒng)中控制單元的計算機處理，

然后發(fā)出指令給執(zhí)行機構(gòu)，就能調(diào)節(jié)

給車身和車軸的力f2以保證所需的舒

適性和安全性。如需要控制垂直振動和前后起伏振動

要用1/2整車模型分析，而研究包括垂

直、俯仰和側(cè)傾響應的控制，則需用整車模型。2022/11/2324主動懸架的分類慢主動懸架通常作動器與一個彈簧串聯(lián)（如液氣彈簧），再與一個減振器并聯(lián)此系統(tǒng)在5~6Hz以下可實現(xiàn)有限帶寬主動控制，高于此頻率則控制閥不再起響應，恢復為被動懸架，因為被動懸架在高頻時隔振效果比較好全主動懸架作動器帶寬一般至少覆蓋0~15Hz，能有效跟蹤力控制信號。為了減少能量消耗，一般作動器與一個承受車身靜載的彈簧并聯(lián)