汽车振动系统的分析研究

汽车振动系统的分析研究*

左万里苏小平田海兰

（南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009）

Research of the vehicle vibration system

ZUO Wan-li ，SU Xiao-ping ，TIAN Hai-lan

（School of Mechanical and Power Engineering ，Nanjing University of Technology ，Nanjing 210009，China ）

文章编号：1001-3997（2011）02-0112-02

【摘要】建立前轮为独立悬架，后轮为非独立悬架汽车的七自由度动力学模型，并给出该模型所

需要的质量特性与运动学特性参数。由给出的运动微分方程，

利用仿真分析得出车身的振动加速度图。研究结果表明，建立的汽车振动系统动力学模型是有合理的。

关键词：汽车；系统动力学；数学模型

【Abstract 】A seven-degrees-of-freedom dynamic model of the car which front wheel with indepen －dent suspension and rear wheel with dependent suspension is presented,then the mss parameters and move －ment characteristics parameters that the model need is given.According to the differential equations of mo －tion ，the vibration acceleration diagram of vehicle body is obtained via simulation analysis.The results showed that the dynamic model of vehicle vibration system is reasonable.

Key words ：Vehicle ；System dynamics ；Mathematic model

中图分类号：TH16文献标识码：A

＊来稿日期：2010-04-02＊基金项目：江苏省高技术研究重点实验室项目BM2007201

1引言

振动是现代汽车面临的一个重要问题，随着汽车速度和人们对生活要求的不断提高，人们对降低汽振动的要求也越来越高。了解掌握汽车动态特性及其结构参数之间的关系，是对汽车进行减振优化设计的前提。为此，对某一带有非独立悬的中型客车，进行了一些研究。

以某中型客车为原型，其前悬为双横臂独立悬架，后悬为板簧悬架。假设车身是一个刚体，当车辆在不平路面做匀速直线运动时，车身具有上下跳动，俯仰，侧倾3个自由度，两个前轮分别具有垂向运动的自由度，后轴具有垂向跳动和侧倾转运2个自由度，计系统共有七个自由度。

2系统的运动方程

带非独立悬架的七自由度整车模型示意图，如图1所示。

a B f

y K fr

C fr

x ufr x fr

x x rfr

K tfr φ

θ

z m fr x rl

x ufl x rfl

K tfl

m fl

C fl K fl

K rl

x url

x rl C rl x rrl

m rl K trl

B r

K rr x rr b

C rr

x urr

x rrr

m rr

K trr

x ur γ

图1汽车振动系统简化模型

图中：K fl 、K fr 、K rl 、K rr —前后悬加的刚度系数；C fl 、C fr 、C rl 、C rr —前后悬

架的阻尼系数；m fl 、m fr 、m rl 、m rr —前后悬架的簧下质量；K tfl 、K tfr 、K trl 、K trr —四个轮胎的垂直刚度。考虑到汽车的左右对称性，假定K fl =K fr =K f ，K rl =K rr =K r ；C fl =C fr =C f ，C rl =C rr =C r ；m fl =m fr =m f ，

m rl =m rr =m r ，K tfl =K tfr =K trl =K trr =K t 。m s —车身质量；a 、b —车身质心到前轴和后轴的距离；B f —前轴轮距；B r —后轴轮距；x —车身质心的垂直位移，

θ—车身的俯仰角位移；φ—车身的侧倾角位移。x ufl 、x ufr 、x url 、x urr —前后悬架簧下质量的垂直位移；x fl 、x fr 、x rl 、x rr —前后悬架簧上质量的垂直位移；x ur —后桥质心的垂直位移；

γ—后桥质心的倾角位移[1]。在俯仰角θ和侧倾角φ较小时，车身四个端点处的垂向位移有如下关系：x fl =x-a θ-1B f φ（1）

x fr =x-a θ+12

B f φ（2）

x rl =x+b θ-12

B r φ（3）

x rr =x+b θ+1B r φ（4）

后桥质心回转运动与垂直位移方程为：γ=X url -X

urr （5）

X ur =X url +X urr 2

（6）

因此，车身质心处的垂向运动方程为：

m s x 咬=C f x 觶fl -x 觶ufl r r +K f x fl -x ufl r r +C f x 觶fr -x 觶ufr r r +K f x fr -x ufr r r +C r x 觶rl -x 觶url r r +K r x rl -x url r r +C r x 觶rr -x 觶urr r r +K r x rr -x urr r r （7）

车身俯仰运动方程为：

I zz θ咬=C r x 觶rl -x 觶url r r +K r x rl -x url r r +C r x 觶rr -x 觶urr r r +K r x rr -x urr r r r r b-a C f x 觶fl -x 觶ufl r r +K f x fl -x ufl r r +C f x 觶fr -x 觶ufr r r +K f x fr -x ufr r r r r （8）车身侧倾运动方程：

I yy φ咬=C f x 觶fr -x 觶ufr r r +K f x fr -x ufr r r +C f x 觶fl -x 觶ufl r r +K f x fl -x ufl r r r r ×12B f +C r x 觶rr -x 觶urr r r +K r x rr -x urr r r +C r x 觶rl -x 觶url

r r +K r x rl -x url r r r r ×12

B r （9）Machinery Design ＆Manufacture

机械设计与制造

第2期2011年2月

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