1、6一、运动方程和振型分析001t212111121222qzKzzKzzCzmzzKzzCzm 无阻尼自由振动时无阻尼自由振动时001t21111222zKzzKzmzzKzm 如果如果m1不动（不动（z1=0）0222 Kzzm 20/mK如果如果m2不动（不动（z2=0）0)(1t11zKKzm 1ttmKK/0与与t是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。第四节 车身与车轮双质量系统的振动 无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率和相角和相角 做简谐振动，振幅为做简谐振动，振幅
2、为z10、z20。tzj101eztzj202eztzj2101ez tzj2202ez 0102202220zmKzmKz0101t201210zmKKzmKz220/mK1t2t/mKK 将将代入左式后可得代入左式后可得代入代入001t21111222zKzzKzmzzKzm 得得第四节 车身与车轮双质量系统的振动 方程有非零解的条件是方程有非零解的条件是z z10和和z z20的系数行列式为零。的系数行列式为零。022t120220mK0/12022t220mK12t2202t202t2214121mmKK、0102020220zz01022t201zzmK第四节 车身与车轮双质量系统的
3、振动0/1202t202202t4mK设某一汽车设某一汽车rad/s20 1012 /mm9t /KK，求，求1和和2 2?t9KK由，得10/21mm 1t2t/mKK 201000t104012t90mmKK0195.0求得0201.10，质量比，质量比 ，刚度比刚度比例例第四节 车身与车轮双质量系统的振动0195.0将0102202220zmKzmKz代入1.020212012010zz得一阶主振型得一阶主振型0201.10将01022t201zzmK代入得二阶主振型得二阶主振型2.9920222022010zz第四节 车身与车轮双质量系统的振动 当激振频率当激振频率接近接近1时时产生低
4、频共振，按一阶主产生低频共振，按一阶主振型振动，车身质量振型振动，车身质量m2的的振幅比车轮质量振幅比车轮质量m1的振幅的振幅大将近大将近10倍倍，称为，称为车身型车身型振动振动。当激振频率当激振频率接近接近2 2时产生高频共振，按二阶时产生高频共振，按二阶主振型振动，车轮质量主振型振动，车轮质量m1的振幅比车身质量的振幅比车身质量m2的振的振幅幅大将近大将近100倍倍，称为，称为车轮车轮型振动型振动。第四节 车身与车轮双质量系统的振动qKzKKzCzmt1t111 当车轮部分在高频共振区当车轮部分在高频共振区振动时，车身基本不动，可以振动时，车身基本不动，可以视为车轮部分单质量在振动。视为车
5、轮部分单质量在振动。qzzzt1t1112jKKKCm将复振幅代入，得将复振幅代入，得CKKmKjt12t1q/ztt2tttj21/KKK 此时，车轮位移此时，车轮位移 z1 对路面位移对路面位移 q 的频率响应函数为的频率响应函数为第四节 车身与车轮双质量系统的振动 降低非悬挂质量降低非悬挂质量m1，使车轮部分固有频率，使车轮部分固有频率t t和阻尼比和阻尼比t都加大，车轮部分高频共振加速度基本不变，但车轮部都加大，车轮部分高频共振加速度基本不变，但车轮部分动载分动载 下降，对降低相对动载下降，对降低相对动载 有利。有利。2tt22ttt1/2/1/KKKqz11zm 车轮位移车轮位移 z
6、1 对路面位移对路面位移 q 的幅频特性为的幅频特性为时，当t 1tt/mKK tttt1t12ttKKK/qzqz 1tt2/mKKC高频共振时车轮加速度均方根谱高频共振时车轮加速度均方根谱 正比于正比于)(t1GZ t1q/z 已知已知思考：如何降低思考：如何降低高频共振时车轮高频共振时车轮的振动加速度？的振动加速度？第四节 车身与车轮双质量系统的振动d/F G二、双质量系统的传递特性001t212111121222qzKzzKzzCzmzzKzzCzm 由由KCKCmjj1222zzt2t121jjKKCKKCmqzz代入复振幅得代入复振幅得1.车轮部分z1q的幅频特性KC j1AKCm
7、j222At123jKKCmA令令2123AAAN212212jjAAzzKCmKCNAAAAAqz1t22123t2KK得得第四节 车身与车轮双质量系统的振动122222114zq 220202220201141111/刚度比/tKK质量比12m/m 幅频特性为幅频特性为由由得得此式为此式为 近似式，用近似式，用 表示表示2tt22ttt21/KK/Kqz11zqqz1第四节 车身与车轮双质量系统的振动；。122222114zq 由幅频特性由幅频特性 0 0时，时，|z1/q|1,|1,。0时，渐近线时，渐近线斜率为斜率为-2:1-2:1，车轮部分，车轮部分将高频输入加以滤波。将高频输入加以
8、滤波。=t t时，产生高频时，产生高频共振，在共振，在t t较小时，会较小时，会出现尖峰。出现尖峰。及及幅频特性近似式幅频特性近似式tt1222ttt/1/j2/KKKzq ，做幅频特性曲线，做幅频特性曲线第四节 车身与车轮双质量系统的振动1tt/KKKzq2.双质量系统的传递特性qzzzqz1122NAAAt221KNAt1Kqzzzqz112221222221222222414141212241 第四节 车身与车轮双质量系统的振动qzzzqz1122 幅频特性幅频特性|z2/q|在在 f=f0 和和f=ft=t/2处有低、高两个共振处有低、高两个共振峰，路面输入峰，路面输入 q 在在 f
9、f0 时时由悬架衰减，在由悬架衰减，在f ft 时，又进时，又进一步被轮胎衰减。一步被轮胎衰减。2由由用作图法做出用作图法做出qz2第四节 车身与车轮双质量系统的振动=三、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车三、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车轮相对动载的幅频特性轮相对动载的幅频特性1.车身加速度 对 的幅频特性2z q 122214zq 2第四节 车身与车轮双质量系统的振动qzqz22j qzH2.相对动载 /G对 的幅频特性q qzF1tdKgmgmmG1121 gmKGHqGF1j1t1dd qqzqF/gmKNKG111tt2dAqF122222d141FGqg 车轮动载车轮动载静载静载NAq
10、zt21K将将 代入代入第四节 车身与车轮双质量系统的振动dF3.悬架动挠度 对 的幅频特性曲线q 2t1KAzqN1t2AKzqN212d1qfqzqzqzzqf1212ddjqfH第四节 车身与车轮双质量系统的振动NAANANAqf21tt2t1dKKKdf四、在路面随机输入下系统振动响应量均方根值的计算 ffGqzd20222 qz funnGqzd4202200222 qz 第四节 车身与车轮双质量系统的振动ffnfnGNnqz22122qz 五、系统参数对振动响应量均方根值的影响系统参数系统参数f0/Hz基准值基准值10.25109+6dB20.52018 6dB0.50.12554
11、.5计算时系统参数的取值计算时系统参数的取值第四节 车身与车轮双质量系统的振动1.车身固有频率f0的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动2.车身部分阻尼比的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动3.车身与车轮部分质量比的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动4.悬架与轮胎的刚度比的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动 响应量参数f6dB+8.97dB-9.18dB+8.54dB-8.89dB-3.00dB+2.77dB 6dB+1.77dB-0.04dB-0.49dB+2.16dB-3dB+3dB 6dB-0.09dB+0.18dB-1.59dB+1.57dB-0.20dB+0.88dB
12、6dB+2.22dB-1.80dB+5.30dB-4.26dB+0.05dB-0.04dB系统参数对振动响应量均方根值的影响的算例系统参数对振动响应量均方根值的影响的算例2z GFd/df第四节 车身与车轮双质量系统的振动六、主动与半主动悬架 被动悬架：被动悬架：弹簧刚度弹簧刚度 K 和减振器阻尼系数和减振器阻尼系数 C 在设计在设计时一旦选定后，使用过程中参数不改变的悬架时一旦选定后，使用过程中参数不改变的悬架。被动悬架的缺点是：被动悬架的缺点是：当载荷、车速、路况等行驶状当载荷、车速、路况等行驶状态变化时，悬架不能满足各种行驶状态下对悬架性能的态变化时，悬架不能满足各种行驶状态下对悬架性能
13、的较高要求。较高要求。第四节 车身与车轮双质量系统的振动 可控悬架可控悬架：将传感器：将传感器测量的系统运动状态信号测量的系统运动状态信号输入电控单元，电控单元输入电控单元，电控单元经过分析、判断后给力发经过分析、判断后给力发生器发出指令，产生主动生器发出指令，产生主动控制力，满足不同工况对控制力，满足不同工况对悬架系统特性参数变化的悬架系统特性参数变化的要求。要求。第四节 车身与车轮双质量系统的振动 特点是比被动自适应悬架的切换速度快，通常在特点是比被动自适应悬架的切换速度快，通常在10ms以内，可在车辆每个振动周期内频繁切换。以内，可在车辆每个振动周期内频繁切换。有有“空钩空钩”和和“地钩
14、地钩”两种控制方式。两种控制方式。1.可控悬架的分类 可根据车速、制动、转向等行驶状态，有级地切换刚可根据车速、制动、转向等行驶状态，有级地切换刚度及阻尼的大小，以满足度及阻尼的大小，以满足“舒适舒适平顺型平顺型”、“运动运动行行驶安全性驶安全性”以及保证车身姿态的要求。以及保证车身姿态的要求。力的方向由悬架相对位移力的方向由悬架相对位移 和相对速度和相对速度 的符号决定。的符号决定。21zz（1）被动自适应悬架21zz 第四节 车身与车轮双质量系统的振动（2）半主动悬架 “空钩空钩”控制时，根据悬架的相对速度控制时，根据悬架的相对速度 和车身的绝对加速度和车身的绝对加速度 的符号来切换阻尼设
15、置。的符号来切换阻尼设置。21zz z 第四节 车身与车轮双质量系统的振动“空钩空钩”控制半主动悬架又分为两种控制半主动悬架又分为两种1 1）开关式）开关式“空钩空钩”控制可切换阻尼悬架控制可切换阻尼悬架0122 zzz12onzzCF 0122 zzz0F当当“on”状态状态阻尼力阻尼力当当“off”状态状态阻尼力阻尼力Con on状态可切换阻尼减振状态可切换阻尼减振器的阻尼系数。器的阻尼系数。第四节 车身与车轮双质量系统的振动2）连续可调阻尼半主动悬架）连续可调阻尼半主动悬架0122 zzz0122 zzz0F当当阻尼力阻尼力当当阻尼力阻尼力2skyzCF12eq2skyzzCzC122s
16、kyeq/zzzCC 空钩控制减振器阻尼系数。空钩控制减振器阻尼系数。连续可调阻尼器的等效阻尼系数。连续可调阻尼器的等效阻尼系数。第四节 车身与车轮双质量系统的振动“空钩空钩”控制半主动悬架又分为两控制半主动悬架又分为两种种skyCeqC（3）主动悬架 特点：特点：车身和车轮之间的力和车身与车轮之间的相对车身和车轮之间的力和车身与车轮之间的相对运动独立。运动独立。半主动悬架：半主动悬架：作动器与一个弹簧串联（如油气弹簧），作动器与一个弹簧串联（如油气弹簧），再与一个减振器并联。系统在再与一个减振器并联。系统在56Hz以下可实现有限带以下可实现有限带宽主动控制，高于此频率则控制阀不再响应，恢复为
17、被动宽主动控制，高于此频率则控制阀不再响应，恢复为被动悬架。悬架。全主动悬架：全主动悬架：作动器带宽一般至少覆盖作动器带宽一般至少覆盖015Hz，能，能有效跟踪力控制信号。为了减少能量消耗，一般作动器与有效跟踪力控制信号。为了减少能量消耗，一般作动器与一个承受车身静载的弹簧并联。一个承受车身静载的弹簧并联。第四节 车身与车轮双质量系统的振动2.主动和被动悬架频响特性和控制效果的对比分析主动悬架的运动方程为主动悬架的运动方程为1）运动方程uqzKzmuzm1t1122 2312121zlzlzzlu 0023121211t11231212122zlzlzzlqzKzmzlzlzzlzm u为主动
18、控制力为主动控制力第四节 车身与车轮双质量系统的振动2）可控悬架系统的频率响应函数将复振幅代入运动方程后可得将复振幅代入运动方程后可得12113222jjllllmzzqzzt132t12121jjKllKllm13221jllmB122jll Bt12123jKllmB134jll B4231t11BBBBBqzK4231t22BBBBBqzK1212BBzz令令第四节 车身与车轮双质量系统的振动3）可控悬架系统的幅频特性4231t22BBBBBqzK 4231t12d1BBBBBBqfKd1tt132412B11B BB BFKKGqmmg第四节 车身与车轮双质量系统的振动通过推导，可以得
19、到三个振动响应量对通过推导，可以得到三个振动响应量对 的幅频特性的幅频特性q 4）主动悬架系统的传递特性与控制效果参数参数取值取值参数参数取值取值m124kgC754Ns/mm2240kgf01HzK9475N/mft10HzKt85270N/m=t0.25参数参数取值取值l17592 N/ml2 481 l3 1916被动悬架参数被动悬架参数参数参数取值取值参数参数取值取值f00.8752Hz=Kt/K11.2321ft9.7035Hz100.6787t0.1688反馈系数反馈系数考虑反馈系数后悬架系统的参数考虑反馈系数后悬架系统的参数第四节 车身与车轮双质量系统的振动N s/mN s/m3
20、5 主动控制主要改善了主动控制主要改善了“车身车身车轮车轮”|z2/z1|这一环节在共振和高频区这一环节在共振和高频区的传递特性。的传递特性。主动悬架在主动悬架在“车轮车轮路面路面”|z1/q|这一环节这一环节ft 附附近的高频共振区，共振峰近的高频共振区，共振峰比被动悬架反而更高，这比被动悬架反而更高，这与反馈系数有关。与反馈系数有关。第四节 车身与车轮双质量系统的振动思考：主动悬架在低频思考：主动悬架在低频共振区和高频共振区对共振区和高频共振区对各振动响应量的影响有各振动响应量的影响有何不同？何不同？主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线第四节 车身与
21、车轮双质量系统的振动 l1 相当于悬架弹簧刚度相当于悬架弹簧刚度 K。l2 和和 l3 分别是作用于车轮质分别是作用于车轮质量量 m1 及车身质量及车身质量 m2 的的“地钩地钩”和和“空钩空钩”阻尼的阻尼系数。阻尼的阻尼系数。第四节 车身与车轮双质量系统的振动主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线主动与被动悬架振动响应量的幅频特性曲线当考虑主动控制力在对车轮质量的作用时，运动方程为当考虑主动控制力在对车轮质量的作用时，运动方程为00231211t112312122zlzzlqzKzmzlzzlzm 参数参数l1l2l3取值取值9475N/m011035Ns/m参数参数取值取值参数参数取值取值
22、f06.6718ft9.82961t0.0258=Kt/K910第四节 车身与车轮双质量系统的振动空钩控制反馈系数空钩控制反馈系数振动系统的参数振动系统的参数 空钩控制进一步改善空钩控制进一步改善了了“车身车身车轮车轮”|z2/z1|这一环节在共振和高频区这一环节在共振和高频区的传递特性。的传递特性。但在但在“车轮车轮路面路面”|z1/q|这一环节这一环节ft 附近的高附近的高频共振区，由于频共振区，由于 ft 非常小，非常小，所以出现突出的共振峰。所以出现突出的共振峰。第四节 车身与车轮双质量系统的振动空钩控制与被动悬架振动响应量的幅频特性空钩控制与被动悬架振动响应量的幅频特性第四节 车身与车轮双质量系统的振动空钩控制时反馈系数空钩控制时反馈系数l3的变化对振动响应量的幅频特性的变化对振动响应量的幅频特性第四节 车身与车轮双质量系统的振动第四节 车身与车轮双质量系统的振动本节内容结束本节内容结束下一节下一节
