汽车悬架系统二自由度模型的振动特性研究.doc

汽车悬架系统二自由度模型的振动特性研究源， 于蓬， 章方桐( 同济大学 新能源汽车工程中心，上海 201804)摘 要:基于 Matlab / Simulink 建立了汽车前悬架系统的二自由度振动模型，分析了系统在缓冲块作用下的瞬态响应，并进行了悬架参刚度、阻尼和轮胎刚度等参数对车身动态响应的灵敏度，通过 Adams 模型动态仿真分析验证了 Simulink 模型的正确性 仿真分析为后续系统地研究 悬架系统奠定了基础关键词:二自由度模型; 悬架; 仿真; 动态响应中图分类号:TP391 9文献标识码:A0引言1 1系统微分方程和状态方程悬架是汽车的重要组成部分，它把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些 反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车的正 常行驶 现代汽车的悬架尽管有各种不同的结构形 式，但是一般都由弹性元件、减振器和导向机构三 部分组成 汽车振动是影响平顺性的主要因素，合 理设计悬架系统对于改善汽车的平顺性有很大的 促进作用目前，对于二自由度汽车前悬架模型有很多研 究 詹长书1 等 对 二 自由度悬架模型的频域响应 特性进行了 研 究; 李 俊2 等对不同车速和路面情 况下的二自由度车辆模型进行了动力学仿真; 郑昭 明3研究了 二 自 由 度汽车车轮动载荷的均方值 本文基于 Matlab / Simulink 建立简单的二自由度汽 车前悬架系统模型，分析了其在缓冲块作用下的瞬 态响应，并分析了悬架参数和轮胎刚度对车身动态 响应的影响，最后又建立 Adams 模型验 证 和 观 察 系统的动态响应根据牛顿第二定律建立系统运动微分方程:zAzAmA00 + z ddA dA zmdRRAARcA cA cA zA 0 +=zhccA + czRRR，代入运动微分方zAzAz z设 x = ( zz)，y =A R A R程得到状态方程:00cA00cA1001dA x1 x dA 2 x= mAmAmAmA x3 cc + ccdA x4 AARA mmmmRRRR 0 0 + 0 zh cR 1二自由度汽车前悬架模型二自由度汽车前悬架系统以及缓冲块模拟图 mR 1cA0cA0dA0 如图 1 所示 其中簧载质量 mA = 256kg，非簧载质量 mR = 31kg，减振器刚度 CA = 20 2N / mm，减振 zzAy=dA xAmmmm器阻尼 dA = 1150Ns / m，轮胎刚度 CRAAAA= 128N / mm 收稿日期: 2012 05 07作者简介: 方源( 1989 ) ，男，江苏句容人，同济大学硕士第 4 期方 源，等: 汽车悬架系统二自由度模型的振动特性研究4952灵敏度分析1 2 Matlab / Simulink 模型的建立根据系统的状态方程，在 Matlab / Simulink 中建立系统模型，如图 2 所示 仿真所得图 3 为在缓 冲块的影响 下，车身位移与加速度的时域响应曲 线 从图 3 中可以看出在缓冲块作用下，车身位移 和加速度都产生了波动并随时间变化趋于平稳2 1悬架参数、轮胎刚度对车身加速度的影响图 4 为在缓冲块作用下，不同悬架参数和轮胎刚度的系统车身加速度的响应图 1 二自由度车辆模型图 2二自由度车辆 Simulink 模型图 4 不同悬架参数和轮胎刚度的系统车身加速度的时域响应从 a 中可以看出，轮胎刚度增大会使车身振动 加速度增大，因此适当减小轮胎刚度可以提高汽车 平顺性 从 b 中可以看出，悬架刚度越大，车身加速 度越大，所以，适当减小悬架刚度，可以提高行驶平 顺性; 从 c 中可以看出，在弹性元件压缩阶段，阻尼 越小车身加速度越低，路面对汽车冲击力越小，在 弹性元件伸张阶段，阻尼越大，振动越小，对振动能 量吸收越好，振动衰减快2 2悬架参数、轮胎刚度对车身位移的影响图 3车身位移和加速度的时域响应图 5 为在缓冲块作用下，不同悬架参数和轮胎佳 木 斯 大 学 学 报(自然科 学版)2012 年496刚度的系统车身位移的响应从 a 中可以看出，轮胎的刚度对车身位移影响 不是很大; 从 b 中可以看出，悬架刚度越大，车身位 移越大，所以适当减小悬架刚度，可以改善车身平 顺性; 从 c 中可以看出，在弹性元件压缩阶段，阻尼 越小车身位移越小，而在弹性元件伸张阶段，阻尼 越大，车身位移越小，汽车平顺性越好 因此，可以 设计变阻尼悬架以适应汽车平顺性的要求图 6二自由度悬架 Adams 模型图 5 不同悬架参数和轮胎刚度的车身位移的时域响应3Adams 模型的建立为了 验 证 Matlab / Simulink 模 型 的 正 确 性，并且能直观的了解汽车受到缓冲块作用的动态特性，本文建立了基于 Adams 的二自由度汽车前悬架模 型如图 6 所示 简化的模型是由车身，轮胎以及弹 簧组成 仿真 得到的车身动态响应曲线如图 7 所 示，可以看出与 Matlab / Simulink 模型的结果吻合图 7 车身位移和加速度的时域响应4结论本文基于 Matlab / Simulink 建立了简单的二自由度汽车前悬架系统模型，分析其在缓冲块作用下 的动态响应，并研究了悬架参数和轮胎刚度对车身第 4 期方 源，等: 汽车悬架系统二自由度模型的振动特性研究497拖拉机与农用运输车，2010，37( 6) : 9 15李俊，张维强，袁俊 基于 Matlab 的二自由度车辆的动力学仿 真J 科学技术与工程，2010( 4) 郑昭明 二自由度汽车车轮动载荷的均方值计算公式J 武 汉交通科技大学学报，1996( 1) 余志生 汽车理论M 北京: 机械工业出版社，2007周长城 汽车平顺性与悬架系统设计M 北京: 机械工业出 版社，2011动态响应的影响，最后又建立 Adams 模 型 验 证 和观察系统的动态响应 这为系统地设计汽车悬架奠 定了研究基础 但是本文未考虑悬架的非线性特性 对系统的动态影响，下一步的研究工作可以考虑到 多自由度非线性汽车悬架的研究2345参考文献:1詹长书，吕文超 汽车悬架的二自由度建模方法及分析JThe Vibration Character Analysis of 2 DOF Model of Vehicle Suspension SystemFANG Yuan， YU Peng， ZHANG Tong( Clean Energy Automobile Engineering Center，Tongji University，shanghai 201804，China)Abstract:A 2 DOF vehicle front suspension model was established based on Matlab / Simulink The pa-per analyzed the dynamic performance of suspension in the condition of brake block，and studied the performanceinfluenced by tire stiffness，suspension stiffness and damping Finally，the model based on Adams was estab- lished to testify the Simulink model The results provide the basis for subsequent research on suspension system- aticallyKey words:2 DOF model; suspension; simulation; dynamic performance櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸( 上接 493 页)参考文献:ers Using Pure and Mixed Refrigerants International Journal ofRefrigeration，1997，20 ( 3) : 218 228 丁国 良 制 冷 空调装置的计算机仿真技 术J 科 学 通 报，2006，51( 9) : 998 1010杨世铭，陶文铨 传热学( 第三版) M 北京: 高等教育出版 社，1998，241 261祁照岗 汽车空调部件及系统性能优化研究D 上海交通大 学，2008: 34 50张凯，王东，杨志刚等 汽车空调平流式冷凝器性能仿真分析J 计算机辅助工程，2011，20( 3) : 68 72，761龚堰珏，张兴群，郑维智，项辉宇 汽车空调平行流式冷凝器热力性能计算机辅助分析J 北京工商大学学报( 自然科学 版) ，2006，( 06) 张娅妮，陈蕴光，阚杰，孙民，袁秀玲 多元平行流冷凝器传热 与流动性能模拟研究J 哈尔滨工业大学学报，2008，( 03 )包涛，陈蕴光等 多元平行流冷凝器 传热流动性能研 究J制冷学报，2005，( 26) 3: 1 5鲁红亮，陈焕新，舒朝晖等 窗式空调器平行流冷凝器流程和 扁管的优化分析J 暖通空调，2010，40( 12) : 98 102Bensafi A，Borg S，Parent D CYRANO: A Computational Modelfor the Detailed Design of Plate Fin and Tube Heat Exchang-627839410 Friedel L Improved Friction Pressure Drop Correlations for Hor-izontal and Vertical Two Phase Pipe Flow European Two Phase Flow Group Meeting，Paper E2; 1979 June; Ispra，Italy5Performance Simulation and Optimization of Parallel FlowCondenser Based on FlowmasterWANG Dong1 ， YI Ji yun1 ， WANG Guang ji2( 1 Shanghai Automotive Wind Tunnel Center，School of Automobile Studies of Tongji Univ ，Shanghai 201804，China; 2 ShanghaiHikey Sheenray Information Technology Corporation，Ltd ，Shanghai 200235，China)Abstract:To analyze transfer performance of parallel flow condenser and optimize its structure，a modelbased on geometry parameters was used in the simulation of a condenser in Flowmaster The simulation was veri-fied by comparing with experimental results Performance result of every process of the condenser was analyzedIt was pointed out that the third process has little effect on condenser performance The refrigerant flow arrange- ment was changed to discuss its impact on the condenser It was found that the size of the condenser design was too conservative A series of simulation were discussed by r