《汽车动力学》PPT课件

1、设前轴绕汽车纵轴的转动惯量为设前轴绕汽车纵轴的转动惯量为Ix，于是可写出，于是可写出前轴在垂直平面内的自在振动微分方程前轴在垂直平面内的自在振动微分方程2122ddxIMMt 211222/ 2/ 2Ma KN mMB KN m悬架变形时产生的恢复力矩，轮胎变形时产生的恢复力矩，222122d10d2xIa KB Kt前轴角振动固有频率前轴角振动固有频率22122xa KB KPI降低悬架和轮胎刚度以及增大前轴的转动惯量都可降低前轴角振动的固有频率转向轮绕主销转动惯量为转向轮绕主销转动惯量为Iz，转向轮绕主销的，转向轮绕主销的刚度为刚度为C3，可写出转向轮绕主销的自，可写出转向轮绕主销的自由振

2、动微分方程由振动微分方程232ddzICt如计及转向机构及拉杆的弹性，那么运用综如计及转向机构及拉杆的弹性，那么运用综合刚度合刚度Cs替代替代C3212321312231si C C CCi C Ci iC CC C123iCCC式中转向系传动比；转向轴刚度，N m/rad转向机与转向轮之间转向连接杆的刚度，N m/rad转向机壳体与车身的固紧刚度，N m/rad假设转向机壳与车身衔接非常结实，固定刚度很大假设转向机壳与车身衔接非常结实，固定刚度很大3C 212321312231si CC CCi CCi iCCC C212212si C CCi CC22ddzsICt转向轮绕主销振动的固有频

3、率转向轮绕主销振动的固有频率212212rad/ssszzCi C CIIi CCuCs愈小，愈小，Iz愈大，那么愈大，那么 s 就愈小就愈小u目前由于汽车平顺性的要求，采用转向系统的刚度较小，目前由于汽车平顺性的要求，采用转向系统的刚度较小，故也有下降的趋势故也有下降的趋势上述两种振动系统中，在外界激振力的干扰下，可激发起有阻尼的自在振动、强迫振动和自激振动2gvFmR车轮与轮胎由于制造上的误差、资料的不均匀性，在车轮转动时，车轮与轮胎由于制造上的误差、资料的不均匀性，在车轮转动时，不平衡质量将产生沿车轮半径方向的离心惯性力不平衡质量将产生沿车轮半径方向的离心惯性力FgFgkgm/smmvR

4、式中不平衡质量，车速，轮胎半径，2sinsinggxgvvMF eFemetRR 它的程度力矩对主销中心的力矩为它的程度力矩对主销中心的力矩为radvttRu此力矩将使车轮绕主销摆振，它是周期变化的，其频率与车速成正比，此力矩将使车轮绕主销摆振，它是周期变化的，其频率与车速成正比，u当其频率与转向轮绕主销振动的固有频率相近时，就会发生共振，摆振的当其频率与转向轮绕主销振动的固有频率相近时，就会发生共振，摆振的振幅就会很大振幅就会很大离心惯性力的垂直分力是离心惯性力的垂直分力是2coscosgygvvFFmtRRu此力会引起车轮上下跳动，如左、右两车轮的不平衡质量处于图此力会引起车轮上下跳动，如

5、左、右两车轮的不平衡质量处于图(b)所示位置所示位置(相位差相位差180度度)，那么会使车轴产生振跳景象，那么会使车轴产生振跳景象u为了防止上述车轮不平平衡的影响，规定装配新车或给旧车换胎时，为了防止上述车轮不平平衡的影响，规定装配新车或给旧车换胎时，都应对每个车轮进展动平衡以控制不平衡度不大于都应对每个车轮进展动平衡以控制不平衡度不大于45N。ddTkkMIt陀螺力矩kI式中为车轮绕自转轴的转动惯量ddddTkkkvMIItRt处理方法是采用等长臂的独立悬架，使车轮处理方法是采用等长臂的独立悬架，使车轮上下跳动时，其平面不偏转，但其副作用是上下跳动时，其平面不偏转，但其副作用是引起轮距变化和

6、轮胎横向滑移，使轮胎早期引起轮距变化和轮胎横向滑移，使轮胎早期磨损，目前悬架设计中采取折衷设计方案，磨损，目前悬架设计中采取折衷设计方案，取导向机构上臀长取导向机构上臀长0607下臂长下臂长(双横双横臂悬架臂悬架)。 悬架与转向杆系统运动关系不协调也可引悬架与转向杆系统运动关系不协调也可引起车轮绕主销摆振起车轮绕主销摆振 当前悬架采用独立悬架时，悬架与转向杆当前悬架采用独立悬架时，悬架与转向杆系的运动协调问题主要取决于横拉杆上断系的运动协调问题主要取决于横拉杆上断开点选择能否合理，如选择不当也会引起开点选择能否合理，如选择不当也会引起前轮摆振。前轮摆振。 当汽车直线行驶时，汽车遭到偶尔的侧向当

7、汽车直线行驶时，汽车遭到偶尔的侧向阵风作用时，或汽车车轮受侧向路面作用阵风作用时，或汽车车轮受侧向路面作用下，车轮会发生起始偏转下，车轮会发生起始偏转 当外界激力消逝后，如由于系统内存在足当外界激力消逝后，如由于系统内存在足够阻尼，使振动逐渐衰减，这种振动称为够阻尼，使振动逐渐衰减，这种振动称为有阻尼自在振动有阻尼自在振动 当外激力消除后，振动并不衰减，相反的当外激力消除后，振动并不衰减，相反的却因这种振动出现而激起系统继续的振动却因这种振动出现而激起系统继续的振动，这种振动称为自激振动，这种振动称为自激振动自激振动 从力学上看，当系统遭到的激振力是位移从力学上看，当系统遭到的激振力是位移、速

8、度和加速度的函数时，在一定条件下、速度和加速度的函数时，在一定条件下就能够产生自激振动，自激振动的频率接就能够产生自激振动，自激振动的频率接近于系统的固有频率，近于系统的固有频率， 从能量守恒的原理来分析，产生自激振动从能量守恒的原理来分析，产生自激振动的系统必定有外部能源存在，依托系统本的系统必定有外部能源存在，依托系统本身的运动把外部能源转换成激振的能量身的运动把外部能源转换成激振的能量 振动系统的自激振动能否维持下去，取决振动系统的自激振动能否维持下去，取决于系统的能量输入与输出的关系。于系统的能量输入与输出的关系。自激系统的能量关系AEOEE3E2E1A2A3自激系统的能量输入 自激振

9、动系统在何种条件下有能量输入呢？自激振动系统在何种条件下有能量输入呢？ 假设是转向系统，能量最终来自发动机，它经过假设是转向系统，能量最终来自发动机，它经过地面与弹性轮胎的相互作用输入到前轮转向系中地面与弹性轮胎的相互作用输入到前轮转向系中 这是由于轮胎有横向振动时，轮胎弹性恢复力滞这是由于轮胎有横向振动时，轮胎弹性恢复力滞后于轮胎变形，这是轮胎固有的弹滞特性，其力后于轮胎变形，这是轮胎固有的弹滞特性，其力和变形关系如下图和变形关系如下图xx1FF1 =90 F(F, x)阻力阻力F与位移的波形图和示功图与位移的波形图和示功图 =180 =0 =45 =90 = 振幅与力不同时，不同相位差振幅

10、与力不同时，不同相位差和输入系统能量的关系和输入系统能量的关系u由图可见不同相位由图可见不同相位差时差时F F* *X X所构所构成的面积，即所产生的能量是不同成的面积，即所产生的能量是不同的，的，u当相位差为当相位差为=90 =90 时输入能量最时输入能量最大，此能量的输入构成了系统的负大，此能量的输入构成了系统的负阻尼阻尼将前轮简化为单自在度摆振系统，其振动方程为将前轮简化为单自在度摆振系统，其振动方程为0zIcb2kg.m /radN.m.s/radN.mzICb式中绕主销转动惯量，阻尼系数，弹性恢复力矩，由于轮胎弹性力滞后于轮胎的变形，这样由于轮胎弹性力滞后于轮胎的变形，这样b b不是

11、时间不是时间t t的函数，而是的函数，而是t t的函数，的函数，为滞后时间，其拉氏变换为为滞后时间，其拉氏变换为 SL btbS e0zIcbt 20SzI ScSbeS轮胎迟滞特性可表示为轮胎迟滞特性可表示为/01vt kFFe0m/sNmvFk式中轮胎滚动速度，不计迟滞的弹性力，轮胎特性系数，00.95F F 一般10.950.05ln20vkvkkeev 20SzI ScSbeSln2020k vSzI ScSbe由于由于很小很小ln201ln20vkSkeSv 2ln200zkI ScbSbvln200zkIcbbvln200zkIcbbvln20kacbv系统总阻尼ln200kbcav当系统总阻尼为负值，就激发自激振动受迫振动受迫振动自激振动自激振动1. 1. 由周期变化的外界激励持续作用引起，由周期变化的外界激励持续作用引起，如如车轮不平衡车轮不平衡在波形路面上陀螺力矩在波形路面上陀螺力矩a.a.悬架与转向系运动不协调悬架与转向系运动不协调无需有持续周期作用的激励，只要有偶然无需有持续周期作用的激励，只要有偶然的单次性激励的单次性激励2. 2. 系统振动频率与激振频率一致，摆振系统振动频率与激振频率一致，摆振明显发生在共振区，而共振车速范围很明显发生在共振区，而共振车速范围很窄窄系统振动频