汽车设计中减震器相对阻尼系数的确定VIP

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卯 年第卷第期汽车工程 汽车设计中减震器相对阻尼系数的确定 中国汽车技术研究中心史广奎李槟 天津汽车减震器厂孟 宪民 摘要 减震器相对阻尼系数直接影响汽车行驶平顺性 , 在国内汽车设计中 , 其确 定 方法 尚未得到较好的解决 。 本文利用新车设计阶段所能获得的汽车振动系统基本系数 , 尝试了一种确 定减震器相对阻尼系数的方法 , 并应用于 忍必印轻型客车的设计中 。 通过 行驶平顺性 试验 , 证 明收到了十分满意 的效果 。 叙词汽车设计减震器相对阻尼系数 引言 汽车行驶平顺性的优劣直接关系到乘员的舒适性 , 并涉及汽车 动力性和 经济性的发挥 , 影 响到零部件的使用寿命 , 所以它是 同类车在市场竞争中争取优势的一项重要性能指标 。 减震器相对阻尼系数直接影 响汽车行驶平顺性 。 而在传统 的汽车设计中 , 主要是凭设计 人员 的经验和粗略 的估算来确定它 , 难以实现理想 的汽车行驶平顺性效果 。 所以设计人员希 望能找到确定减震器相对阻尼 系数的科学而实用的方法 。 为此 , 本文结合轻型客车 的设计做了以下探讨 。 汽车振动模型 , 一 一厂 刁 考 虑 到 在 汽车设 计中 的 实 用性 , 汽车振动系 统做如下假设簧载质量视作 刚体前 、 后轴非簧 载质量分别用两个线性弹簧代替轮胎支承于地面而 忽 略轮胎 阻尼人体质量通过座椅 支承于车身上 样车前 、 后悬架的弹性元件均采用少片变截面钢板 弹簧 , 且片间有减摩垫 , 故其阻尼予以忽略汽车 左右对称且左右轮的路面激励相同不计孕汽车的 横向和水平振动 , 只考查对平顺性影响最大的垂直 振动和纵向角振动 。 这样 , 汽车被简化为图所示 的自由度线性振动系统模型, , 图中各符号 意义如下 从从 护 , 图汽车自由度振动模型 , 前 、 后轴非簧载质量 一 汽车簧载质量 原稿收到日期为飞 州 年月 日 , 修改稿收到 日期卯年月日 。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 汽车 程年第卷第期 。 一簧载质 鼠绕其 质心的转动惯散 耐 。 座椅座垫上承受 的那部分人体质最 、, 前 、 后轮胎刚度 聊 , 前 、 后悬架 刚度 人 座椅 刚度 , , 前 、 后减震器阻尼系数 座椅阻尼系数 一 一 座椅 中心到簧载质量质心的水 、 距离 “ , 卜 一分别 为前 、 后车轮 中心到簧载质量质心的水平即离 , , 一一 路面平度对前 、 后车轮 的激励 、 前 、 后车轮 的垂直位移 簧载质 量质心的垂直位移 孰 簧载质量绕其质心的角位移 人休 一座椅 系统 的垂直位移 蕊 。 考虑人对振动的敏感性 , 按推荐的加权方法对人体 一 座椅系统 垂直振 动加速度进行频率加权 后所得到 的响应 量 加权函数为 兀蕊 兀簇臼 毛兀 。,兀 式 中 臼 为振动角频率 路面激励 路面平度常用其功 率谱密度表示 , 国标推荐的路面功率谱密度 , 为 、。,” 式 中 空间频率 一 。 参考空间频 率 。二 气帆 路面平度 系数 不 币 护一 一频率指 数 按 路面功 率谱密度 把 路面分 为级 , 并规定 了各级路面平度 系数 、 沙的 范 , 分级路面谱的频率指数 。 汽车的行驶平顺性 试验 是在不同地点的二级路面上 进 行 的 , 判断试验 路面均 为 路面分级中的较好 的级路面 。 计算时取 。 一 。 一 喻, 。 当汽车以车速 。 驶在路面时 , 路面平度各谐量以时 间频率方式对振动系统进行激励 , 其 功 “解谱密度 为 、 。一 、 叭 。两 式 中 。二 以 川 ,。, 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 的年第卷第期汽车工程 仙净 一 兰困 兀 对图所示的自由度 系统 , 其激励用矩阵形式来表示 、, , 。 田 、田 式 中 汽车轴距司 。 车速 卜 州州 岁 “ 有关响应量 的频响函数及均方根值 在图中 , 一 。 为基本 响应量 , 这些墓本响应量经过微分或线性组合可以得到各种 各样 的响应量 。 本文感 兴趣 的是 座椅加权加速度 、 轮胎相对动载 、 悬架动挠度和车身纵向角 加速度这个响应量 的频 响函数及均 方根值 。 振动微分方程 利用拉格 朗日方法 , 求出图所示 的振 动系统的振动微分方程 门月 卜 式 中 位 移列 向量 , , 几 习 分别为速度列向量和加速度列向量 笼 路面激励列 向量 , 州 , 仔丁 、 日 、 、 分别为澎厌动系统的质量矩 阵 、 阻尼矩阵 、 刚度矩阵和轮 胎 刚度 一 汁 八 阴 一一 阵矩 临 , 日 对称 刁咤 八 人人 【幻 对称 一 一一 一 厂 一 一卜 了 。 一 人 一一 人 一一 。 一 儿 、 “ 矛 一 、 基本响应量的频响函数 基本 响应量 一 对激励 、 的频率响应矩 阵为 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 汽车 间 佃 伽 风 间 间 工程年第卷第期 间间间侧间 拭从从城从 佃 一 式中 卜 一。 间 加门 十 因 有关响应且的频 响函数及其均方根值 利用前述种 响应量 与基本响应量 的关系和基本响应量 的频响函数矩 阵 , 可求 出这种 响应量 的频 响函数矩阵 , 进而求出其均方根值 。 座椅加权加速度扬 、 些 产 叽闷一 扩以 ,阿 几喇 队间卜叫 田 【 月外伽 广 田 口扬一 、 呱 间 , , 佃, 叽 间 , 田,寸 式中 。 。 兀 , 田 , 兀 复数求共扼 矩阵求转置 用振动级表示 标 位庵川叼 式 中 常数 一喻加 车轮相对动载 前轮相对动载 伽 前轮动载 乃 己, 公一 、 一 今分 仓一 气 式 中 一 前轮静载 二 , 田 卜 会 ,、卜 、刀 厂 臼 、 , 、, 一 、 一 、 、 “价 一 勺 、 月叮帅, ,。叼 , 。 臼,口 ,了 田, “臼,百 后轮相对动载瓶 后轮动载 凡 仇一 , 今了之一司芝 卜 分偏一办 式 中 后轮静载 , 因 、 回 一 才 , 田 叻一 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卯 年第卷第期汽 车工程 厂 , 、, 一 勺 、 口 叮 钾,“ 。 , 回 月 。 恤, “田 ,万 悬架动挠度 前悬架动挠度凡 乓二毛一 “ 一“么 , 间回 一田一 从 , 田 从间 一 伽 一 凡 田 厂 “ 、, , 、, 一 、, 一 、 上 口乓一又、 口丹 刚 , 行叼 , 叼 呻, ,因丹回, “田, 后悬架动挠度只 二几一几 孔 凡佃 贰叻一从间从侧从, 一 贰叻 风伽 厂 田 、, “乓 一 、 今 叫, 行 , 抑,因 回 , “仍,百 月 声 身纵向角加速度毛 、 些 扩 田去 。一扩 佃 。 田, 、 , 、 , 一 、 一 、 、 叮“ 一、 月么。, , 回 口公钟, “田,丁 在汽车悬架设计中的应用和效果 按上述理论推导 , 编制了汽车随机振动系统模拟计算软件 一 。 表是在新车设计 阶段 获得的轻型 客车振动 系 统 的有关参数, 。 表中 , 和是待确定 的前 、 后 表 创振动系统基本参数 参参数数数值值单位位参数数数值值单位位 】 欲求求 欲求求 “ “ 爪爪 印印 “今 刃刃 月月 卯 耐耐 “幻幻 “刃刃 减震器阻尼系数 , 它们分 别与前 、 后 减 震 器相对阻 尼 系数 甲 和 甲 对应 。 图是计算得 到 的汽车 前 、 后车 轮相对动 载均方 根值 。如 、 。, , 前 、 后悬架动 挠 度 均 方根 值 , 、 “ , 车身纵向角 加速度 均 方 根值 情况 。 分析如下 二 艺和 司机座椅 振动 级毛角亿 随 毋,和切 的变 化 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卯 年第卷第期汽 车工程 厂 , 、, 一 勺 、 口 叮 钾,“ 。 , 回 月 。 恤, “田 ,万 悬架动挠度 前悬架动挠度凡 乓二毛一 “ 一“么 , 间回 一田一 从 , 田 从间 一 伽 一 凡 田 厂 “ 、, , 、, 一 、, 一 、 上 口乓一又、 口丹 刚 , 行叼 , 叼 呻, ,因丹回, “田, 后悬架动挠度只 二几一几 孔 凡佃 贰叻一从间从侧从, 一 贰叻 风伽 厂 田 、, “乓 一 、 今 叫, 行 , 抑,因 回 , “仍,百 月 声 身纵向角加速度毛 、 些 扩 田去 。一扩 佃 。 田, 、 , 、 , 一 、 一 、 、 叮“ 一、 月么。, , 回 口公钟, “田,丁 在汽车悬架设计中的应用和效果 按上述理论推导 , 编制了汽车随机振动系统模拟计算软件 一 。 表是在新车设计 阶段 获得的轻型 客车振动 系 统 的有关参数, 。 表中 , 和是待确定 的前 、 后 表 创振动系统基本参数 参参数数数值值单位位参数数数值值单位位 】 欲求求 欲求求 “ “ 爪爪 印印 “今 刃刃 月月 卯 耐耐 “幻幻 “刃刃 减震器阻尼系数 , 它们分 别与前 、 后 减 震 器相对阻 尼 系数 甲 和 甲 对应 。 图是计算得 到 的汽车 前 、 后车 轮相对动 载均方 根值 。如 、 。, , 前 、 后悬架动 挠 度 均 方根 值 , 、 “ , 车身纵向角 加速度 均 方 根值 情况 。 分析如下 二 艺和 司机座椅 振动 级毛角亿 随 毋,和切 的变 化 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卯年第卷第期汽车程 表轻型 客车司机座椅振动级 乙御对 实测值与计算值 、 连啤 聪聪田田 车车型 、一 征征天麟父父 黎黎 明、令刃麟 万万 湘湘江沐 拼 石石 新新海麟 】 凌凌 立 研见见即 】 实实测平均值值 理理论计算值值的 乡乡 指标很 高不同厂家的产品测 试结果有所差异 , 主要是 由于试验路面并非 同一路面所致比 较实测结果和计算结果可知 , 文中所用计算模型能满足汽车设 计所需计算精度 , 可以在新车 设计阶段预测汽车行驶平顺性 。 结沦 在汽车设计中 , 确定前 、 后减震器相对阻尼系数 中 , 和 切 时 , 存在 中 和 毋 之间 的匹配问题 , 不应独立地选取 甲 , 和 切 。 选择 中 、 中 时需综 合考 虑座椅垂直振动 、 前后车轮相对动 载 、 前后悬架 动挠 度 和车身纵向角振 动 。 针对轻型客车 , 经理论计算和分析找到了 中 , 和 沪 之间以及它们与其它 振动系统参数之间的最 佳匹配 。 文 中所用的汽车振动模型中 , 要求提供的原始结 构参 数在 新 车 设计阶段 就 能够 获 得故该方法可方便而实用地用于汽车 设计 。 该研究 应用于轻型客车设计 , 实验表明汽车平顺性指标很高 。 该 车型本属 中低档车 , 但其行驶 平顺性已达到 高级客车的水平 , 成为该车获机电部和 国家科技 进步 奖的重要依据之一 。 该研究取得了满意的实际效果 。 参考文献 张洪欣等 一 轻型越野车随机振动的模拟计算及实验分析二与林业大学学报 , 吴茂 , 罗明廉客车悬架 系统参数的最优化中国汽车 一 程学会平顺性学组学术交流 会论文 甲洲 赵 济海等 一 可靠性试验路面 的谱分析长春汽车研究 所技术报告 , 诊防 全国系列轻型客车联合设计组冈系列轻型 客车设计任 务书 无 , 一下转 第页 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 肠 汽介程年第卷第期 参考文献 卜 几 丁 一 、 一一一 代 一以一 , 一 俄 一 愁 【飞 比忱 朋 沁 一 忱以 、 一 胡 , 眠阁 行 份 盖是 】义 梦 、 一一 比 写一 瑞以 之 至, 一