车身与车轮双质量系统的振动.pptx

1 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，振幅为z10、z20。将将代入左式后可得代入左式后可得代入代入得得第四节 车身与车轮双质量系统的振动第1页/共42页2 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。第四节 车身与车轮双质量系统的振动第2页/共42页3设某一汽车设某一汽车，求，求1和和2 2?，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第3页/共42页4得一阶主振型得一阶主振型得二阶主振型得二阶主振型第四节 车身与车轮双质量系统的振动第4页/共42页5 当激振频率当激振频率接近接近1时时产生低频共振，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第5页/共42页6 当车轮部分在高频共振区振当车轮部分在高频共振区振动时，车身基本不动，可以视动时，车身基本不动，可以视为车轮部分单质量在振动。为车轮部分单质量在振动。将复振幅代入，得将复振幅代入，得 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第6页/共42页7 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。车轮位移车轮位移 z1 对路面位移对路面位移 q 的幅频特性为的幅频特性为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第7页/共42页8二、双质量系统的传递特性由由代入复振幅得代入复振幅得1.车轮部分z1q的幅频特性令令得得第四节 车身与车轮双质量系统的振动第8页/共42页9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 表示表示第四节 车身与车轮双质量系统的振动；。第9页/共42页10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，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第10页/共42页112.双质量系统的传递特性第四节 车身与车轮双质量系统的振动第11页/共42页12 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 f0 时时由悬架衰减，在由悬架衰减，在f ft 时，又时，又进一步被轮胎衰减。进一步被轮胎衰减。由由用作图法做出用作图法做出第四节 车身与车轮双质量系统的振动=第12页/共42页13三、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 的幅频特性第四节 车身与车轮双质量系统的振动第13页/共42页142.相对动载 /G对 的幅频特性车轮动载车轮动载静载静载将将 代入代入第四节 车身与车轮双质量系统的振动第14页/共42页153.悬架动挠度 对 的幅频特性曲线第四节 车身与车轮双质量系统的振动第15页/共42页16四、在路面随机输入下系统振动响应量均方根值的计算第四节 车身与车轮双质量系统的振动第16页/共42页17五、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 6dB0.50.12554.5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第17页/共42页181.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第18页/共42页192.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第19页/共42页203.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第20页/共42页214.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第21页/共42页22 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 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第四节 车身与车轮双质量系统的振动第22页/共42页23六、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、路况等行驶状态当载荷、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较变化时，悬架不能满足各种行驶状态下对悬架性能的较高要求。高要求。第四节 车身与车轮双质量系统的振动第23页/共42页24 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第24页/共42页25 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。（1）被动自适应悬架第四节 车身与车轮双质量系统的振动（2）半主动悬架第25页/共42页26 “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置。的符号来切换阻尼设置。第四节 车身与车轮双质量系统的振动第26页/共42页27“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第27页/共42页282）连续可调阻尼半主动悬架）连续可调阻尼半主动悬架当当阻尼力阻尼力当当阻尼力阻尼力 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种控制半主动悬架又分为两种第28页/共42页29（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第29页/共42页302.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u为主动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第30页/共42页312）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令令第四节 车身与车轮双质量系统的振动第31页/共42页323）可控悬架系统的幅频特性第四节 车身与车轮双质量系统的振动通过推导，可以得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第32页/共42页334）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第33页/共42页34 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第34页/共42页35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 车身与车轮双质量系统的振动第35页/共42页36 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第36页/共42页37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第37页/共42页38 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第38页/共42页39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第39页/共42页40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40页/共42页41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第41页/共42页42感谢您的观看。感谢您的观看。第42页/共42页