车辆动力学-垂向动力学课件

车辆动力学北京科技大学USTB车辆动力学北京科技大学USTB1汽车的平顺性控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的输入下不超过一定值，使汽车行驶平顺、乘员舒适且货物完好。输入：路面不平度输出：频响特性，输出的振动值客观评价及人的主观评价汽车的平顺性控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给2汽车的振源1.路面不平；2.车上振源汽车的振源1.路面不平；2.车上振源3车上振源由旋转部件引起，主要包括：发动机转矩变化不平衡轮胎及车轮的旋转；不平衡的传动系部件的旋转引起的干扰力和力矩车上振源由旋转部件引起，主要包括：4路面不平度按波长分为：长波，短波和粗糙纹理。长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，粗糙纹理引起轮胎的行驶噪声。路面不平度按波长分为：长波，短波和粗糙纹理。长波引起车辆的低51.路面的测量技术水平仪与标尺：路面不平度测量仪（上下截至频率）1.路面的测量技术水平仪与标尺：6非接触式路面测量装置倾斜测量装置非接触式路面测量装置7路面纵向断面曲线2.路面输入模型频域模型时域模型路面纵向断面曲线2.路面输入模型频域模型8路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q

，沿着道路走向长度l的变化q(l)

称为道路纵(断面)曲线或不平度函数。

根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处理得到路面不平度功率谱或方差

。路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q，沿着道路走向9按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，A~H按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，A~H10注：纵坐标和横坐标均采用对数单位注：纵坐标和横坐标均采用对数单位11时间频率功率谱密度时间频率功率谱密度12在路面统计分析的空间频率内（0.011m-1<n<2.83m-1）在常用车速（10-30m/s)下，时间频率范围为f=0.33-28.3Hz.该频率范围把悬挂的固有频率（1-2Hz)和非悬挂固有频率（10-15Hz)有效覆盖在路面统计分析的空间频率内（0.011m-1<n<2.83m13车辆动力学-垂向动力学课件14时域输入白噪声基于白噪声的路面不平度位移时域表达式时域输入15汽车平顺性模型汽车平顺性模型16汽车悬架系统的阻尼比汽车悬架系统的阻尼比17车身单质量振动系统的频响特性激励为q，响应为z车身单质量振动系统的频响特性激励为q，响应为z18车辆动力学-垂向动力学课件19双质量汽车振动双质量汽车振动20车辆动力学-垂向动力学课件21人体对振动的评价人体对振动的评价221.各轴向加权加速度均方根值平顺性评价1.各轴向加权加速度均方根值平顺性评价23平顺性主观评价：平顺性主观评价：242.辅助评价可更好地估计遇到的过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响2.辅助评价25汽车悬架汽车悬架26汽车悬架钢板弹簧扭杆弹簧螺旋弹簧汽车悬架钢板弹簧27空气弹簧广泛应用于商用汽车、公共汽车、轨道车辆中具有自动调节功能的空气悬挂系统以及机器设备和建筑物基座空气弹簧广泛应用于商用汽车、公共汽车、轨道车辆中具有自动调节28油气悬架油气悬架29油气弹簧油气弹簧30油气悬架物理模型等效振动模型油气悬架物理模型等效振动模型31影响油气悬架性能的悬架结构参数主要有：活塞杆直径；缸筒直径；悬架缸行程；充气气体的体积；阻尼孔直径；单向阀有效过流面积。影响油气悬架性能的悬架结构参数主要有：32活塞杆输出力方程为气体状态方程为气体体积与缸筒相对于活塞的位移的关系为在静平衡状态下活塞杆输出力方程为33悬架弹力表达式为弹力对位移求导，得出悬架刚度表达式为气体多变指数，计算静刚度时，计算动刚度时，在实际情况中取值为之间悬架弹力表达式为34油气悬架的刚度曲线油气悬架刚度与活塞相对于缸筒的位移呈现明显的非线性关系油气悬架的刚度曲线35油气悬架阻尼设计油气悬架的阻尼的非对称性由活塞杆壁上的单向阀来实现保证车辆在振动2~3次后将振幅衰减为不小于90%，阻尼孔流量：C-阻尼孔流量系数；-油液密度；Q-液体流量；

⊿p-Ⅰ和Ⅱ腔油液的压力差；A-阻尼孔过流面积；油气悬架阻尼设计油气悬架的阻尼的非对称性由活塞杆壁上的单向阀36流经阻尼孔和单向阀的流量表达式阻尼力表达式为：流经阻尼孔和单向阀的流量表达式37阻尼系数振幅缩减率表达式式中阻尼系数38根据舒适性要求，振动2~3个周期后，振幅衰减为原来的10%为压缩行程相对阻尼系数，为伸张行程相对阻尼系数根据舒适性要求，振动2~3个周期后，振幅衰减为原来的10%39油气弹簧研究进展

独立式油气悬架互联式油气悬架油气弹簧研究进展

40车辆动力学-垂向动力学课件41减振器实质为一个阻尼器减振器实质为一个阻尼器42悬架的结构形式悬架的结构形式43汽车座椅汽车座椅44车辆动力学-垂向动力学课件45行驶动力学模型单轮车辆模型研究的频率范围：0.25-15HZ行驶动力学模型单轮车辆模型46频响分析由位移求车身加速度的频率响应；轮胎动载荷对路面谱密度输入的响应频响分析47悬架性能的客观评价指标不舒适参数：ISO2631，频率加权后的垂向加速度方均根值悬架性能的客观评价指标不舒适参数：ISO2631，频率加权48悬架动行程：车轮与车身的位移之差的均方根值。用于描述相对于静平衡位置的悬架位移变化程度。轮胎动载荷：相对于静平衡位置的轮胎载荷变化的方均根值悬架动行程：车轮与车身的位移之差的均方根值。用于描述相对于静49车辆动力学-垂向动力学课件50车辆动力学-垂向动力学课件51车辆动力学-垂向动力学课件52悬架的半车模型的推导与分析可根据车身质心处的垂向振动量和俯仰角给出运动方程悬架的半车模型的推导与分析可根据车身质心处的垂向振动量和俯仰53频响函数半车系统响应功率谱密度频响函数半车系统响应功率谱密度54整车模型整车模型55车身质心处的垂向运动方程车身俯仰运动方程：车身侧倾运动方程：车身质心处的垂向运动方程56四个簧上质量的垂向运动四个簧上质量的垂向运动57悬架系统的控制车身高度调节：无论静载如何变化，悬架工作空间可保持恒定或根据需要进行台阶悬架系统的控制车身高度调节：58自适应阻尼调节低阻尼（正常行驶）：控制阀打开，车身的侧倾刚度减小；高阻尼（启动，加速，转弯，不平路面）：控制阀关闭，独立弹簧自适应阻尼调节59可切换阻尼：保证减振器在几个状态间切换相比自适应，切换阻尼能不断快速改变可切换阻尼：保证减振器在几个状态间切换60全主动系统：接受加速度和位移测量信息，在控制规律下产生力信号——做动器全主动系统：接受加速度和位移测量信息，在控制规律下产生力信号61有限带宽主动：将悬架做动器与可控减振器联合使用有限带宽主动：将悬架做动器与可控减振器联合使用62连续可变阻尼-孔径调节，磁流变阻尼阻尼力可独立跟踪力需求信号，而与减振器本身的相对速度无关可由悬架相对位移，车轮速度，车身速度最为有限状态反馈变量，求得阻尼力连续可变阻尼-孔径调节，磁流变阻尼63主动悬架的控制算法随机最优控制预瞄控制主动悬架的控制算法随机最优控制64平顺性的相关研究：人体：评价悬架系统平顺性的相关研究：人体：65车辆动力学北京科技大学USTB车辆动力学北京科技大学USTB66汽车的平顺性控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的输入下不超过一定值，使汽车行驶平顺、乘员舒适且货物完好。输入：路面不平度输出：频响特性，输出的振动值客观评价及人的主观评价汽车的平顺性控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给67汽车的振源1.路面不平；2.车上振源汽车的振源1.路面不平；2.车上振源68车上振源由旋转部件引起，主要包括：发动机转矩变化不平衡轮胎及车轮的旋转；不平衡的传动系部件的旋转引起的干扰力和力矩车上振源由旋转部件引起，主要包括：69路面不平度按波长分为：长波，短波和粗糙纹理。长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，粗糙纹理引起轮胎的行驶噪声。路面不平度按波长分为：长波，短波和粗糙纹理。长波引起车辆的低701.路面的测量技术水平仪与标尺：路面不平度测量仪（上下截至频率）1.路面的测量技术水平仪与标尺：71非接触式路面测量装置倾斜测量装置非接触式路面测量装置72路面纵向断面曲线2.路面输入模型频域模型时域模型路面纵向断面曲线2.路面输入模型频域模型73路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q

，沿着道路走向长度l的变化q(l)

称为道路纵(断面)曲线或不平度函数。

根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处理得到路面不平度功率谱或方差

。路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q，沿着道路走向74按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，A~H按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，A~H75注：纵坐标和横坐标均采用对数单位注：纵坐标和横坐标均采用对数单位76时间频率功率谱密度时间频率功率谱密度77在路面统计分析的空间频率内（0.011m-1<n<2.83m-1）在常用车速（10-30m/s)下，时间频率范围为f=0.33-28.3Hz.该频率范围把悬挂的固有频率（1-2Hz)和非悬挂固有频率（10-15Hz)有效覆盖在路面统计分析的空间频率内（0.011m-1<n<2.83m78车辆动力学-垂向动力学课件79时域输入白噪声基于白噪声的路面不平度位移时域表达式时域输入80汽车平顺性模型汽车平顺性模型81汽车悬架系统的阻尼比汽车悬架系统的阻尼比82车身单质量振动系统的频响特性激励为q，响应为z车身单质量振动系统的频响特性激励为q，响应为z83车辆动力学-垂向动力学课件84双质量汽车振动双质量汽车振动85车辆动力学-垂向动力学课件86人体对振动的评价人体对振动的评价871.各轴向加权加速度均方根值平顺性评价1.各轴向加权加速度均方根值平顺性评价88平顺性主观评价：平顺性主观评价：892.辅助评价可更好地估计遇到的过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响2.辅助评价90汽车悬架汽车悬架91汽车悬架钢板弹簧扭杆弹簧螺旋弹簧汽车悬架钢板弹簧92空气弹簧广泛应用于商用汽车、公共汽车、轨道车辆中具有自动调节功能的空气悬挂系统以及机器设备和建筑物基座空气弹簧广泛应用于商用汽车、公共汽车、轨道车辆中具有自动调节93油气悬架油气悬架94油气弹簧油气弹簧95油气悬架物理模型等效振动模型油气悬架物理模型等效振动模型96影响油气悬架性能的悬架结构参数主要有：活塞杆直径；缸筒直径；悬架缸行程；充气气体的体积；阻尼孔直径；单向阀有效过流面积。影响油气悬架性能的悬架结构参数主要有：97活塞杆输出力方程为气体状态方程为气体体积与缸筒相对于活塞的位移的关系为在静平衡状态下活塞杆输出力方程为98悬架弹力表达式为弹力对位移求导，得出悬架刚度表达式为气体多变指数，计算静刚度时，计算动刚度时，在实际情况中取值为之间悬架弹力表达式为99油气悬架的刚度曲线油气悬架刚度与活塞相对于缸筒的位移呈现明显的非线性关系油气悬架的刚度曲线100油气悬架阻尼设计油气悬架的阻尼的非对称性由活塞杆壁上的单向阀来实现保证车辆在振动2~3次后将振幅衰减为不小于90%，阻尼孔流量：C-阻尼孔流量系数；-油液密度；Q-液体流量；

⊿p-Ⅰ和Ⅱ腔油液的压力差；A-阻尼孔过流面积；油气悬架阻尼设计油气悬架的阻尼的非对称性由活塞杆壁上的单向阀101流经阻尼孔和单向阀的流量表达式阻尼力表达式为：流经阻尼孔和单向阀的流量表达式102阻尼系数振幅缩减率表达式式中阻尼系数103根据舒适性要求，振动2~3个周期后，振幅衰减为原来的10%为压缩行程相对阻尼系数，为伸张行程相对阻尼系数根据舒适性要求，振动2~3个周期后，振幅衰减为原来的10%104油气弹簧研究进展

独立式油气悬架互联式油气悬架油气弹簧研究进展

105车辆动力学-垂向动力学课件106减振器实质为一个阻尼器减振器实质为一个阻尼器107悬架的结构形式悬架的结构形式108汽车座椅汽车座椅109车辆动力学-垂向动力学课件110行驶动力学模型单轮车辆模型研究的频率范围：0.25-15HZ行驶动力学模型单轮车辆模型111频响分析由位移求车身加速度的频率响应；轮胎动载荷对路面谱密度输入的响应频响分析112悬架性能的客观评价指标不舒适参数：ISO2631，频率加权后的垂向加速度方均根值悬架性能的客观评价指标不舒适参数：ISO2631，频率加权113悬架动行程：车轮与车身的位移之差的均方根值。用于描述相对于静平衡位置的悬架位移变化程度。轮胎动载荷：相对于静平衡位置的轮胎载荷变化的方均根值悬架动行程：车轮与车身的位移之差的均方根值。用于描述相对于静114车辆动力学-垂向动力学课件115车辆动力学-垂向动力学课件116车辆动力学-垂向动力学课件117悬架的半车模型的推导与分析可根据车身质心处的垂向振动量和俯仰角给出运动方程悬架的半车模型的推导与分析可