汽车悬架系统性能指标的影响因素分析

一０ １ ． 、 ． ～Ｏ ９ 步长 为 ０ ２ ． 。结 果如 表 １所示 。
示 时 间频 率路 面输 入模 型 ， 不平 度 系 数 Ｇ 取 。为 ５ ×
１ ｍ。 ｃｃｅ ｃ ｃ ０ ／ ｙ ｌ（ ｙｌ 路 面 波 的 个 数 ） 指 数 Ｐ 为 ｅ为 ，
２ ５ 车辆 的恒 定前 进速 度 Ｕ为 ２ ｓ 则路 面 输 入 ．， ０ ｍ／ ，
第 ５期 ２１ Ｏ １年 ９月
表 １ 福 特 Ｇ ａ ａ ａ轿 车 车 身 加 速 度 数 值 表 ｒｎ ｄ
３ ３ 悬 架参 数对 悬架 动行 程指标 的影响 ． 由式 （０ 、 （ １解 出 ｋ １ ）式 １ ） 和 ｃ 并 代人 式 （ ） 得 ７， 到以 ／ 和 为 变量 的悬架 动行 程 目标 函数 ：
函数 的 变化 规 律 ， 而 针 对 不 同 车型 选择 不 同 的 悬 架参 数 匹 配 ， 导 参数 调 整 ， 到 最佳 方 案 。 从 指 找
关 键 词 ：汽 车 ；悬 架 系统 ； 能 指 标 ；悬架 参 数 ； ｔ ｅ ｔ ａ 性 Ｍａ ｈ ｍａｉ ｃ
中图分类号 ： ６．３ Ｕ４ ３ ３
图 １ 车 辆 双 质 量 悬 架 系统 模 型
公 路 与 汽 运
总 第 １ ６期 ４
Ｈｉ ｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕ ｏ ｔｖ ｐｌｃ ｔｏ ｓ ｔ ｍｏ ｉ ｅ Ａｐ ｉａ ｉｎ
１ ３
标 进行 定 量 评 价 ， 车 身 加 速 度 （ ） 悬 架 动 行 程 即 ｎ 、
Ｇｒｎ ｄ 轿 车的参 数 ， ａ ａａ 由行 驶 动力 学 相关 知 识 ， 给定 固有频 率 的变 化 范 围为 ０－ ， ＂ ４Ｈｚ 阻尼 比 ８ 的变 ￣ 化 范 围为 ０ １ ０ ９ 键 人 ３ 函数绘 图命 令 Ｐｏ３ ．～ ． ， Ｄ ｌｔＤ
［ ， ｎ ］ 运行 即得 到 以 和 为 变量 的 ３ 曲面图形 Ｄ
为 非 簧 载 质 量 ； ｚ 、 。分 别 为 轮 胎 和 车 身
的位移 输 出 ； 为 轮胎 等效 刚 度 ； ｋ 。为 路 面 移 位 输 入 ； 为悬 架弹 簧 刚度 ； 为悬 架 阻尼 系数 ； 为簧 ｋ
载质 量 。 由相 关 汽 车 理 论 ， 得 到矩 阵 形式 的单 轮模 型 可
谱密 度 函数 为 ：
Ｓ 厂 一 × １ 一 Ｘ２ （ ） ５ ｏ ０一 ４ ４ Ｘ１ 一 ． ７ ０ （） ９
由表 １可 以看 出 ： 身 加速 度 值 的 变化 规 律 与 车
３ 曲面 图的 结果 一 致 ， ｆ ＝ ０ １Ｈｚ ￡一０ １处 Ｄ 在 ＝ ． 、 ： ．
率 响应 函数 ：
ｚ１
一
ｋ （ ∞＋ 是 一 ｍ６ ） ｆｃ ∞。
１ 车 辆 双 质 量 模 型 的 推 导
单 轮 车辆 双 质 量 悬 架 系 统 模 型 如 图 １ 示 。 所 应 用牛顿 运动定律 ， 可导 出其 运动方程 ， 达式如下 ： 表
％
２
ｌ 十忌＋ｋ一 Ｃ ｓ
（ ＷＳ ） Ｓ … 和轮胎 动载 荷 （ Ｌ ） 这 些 指标 实 际上 ＤＴ … ，
指标 的影 响 ， 以福 特 Ｇｒｎ ｄ ａ ａ ａ轿 车 后悬 架 单 轮 模 型 参数 为例 ， 簧 载 质 量 ｍ １ ． ｇ 非 簧 载 质 量 取 一３ ７ ５ｋ 、 ｍ ：４ ． ｇ 轮胎 刚度 值 ｋ：１ ２０ ０Ｎ／ ５ ４ｋ 、 ９ ０ ｍ。
１ ２
Ｈ ｉ ｈ 路 ｕ 与 ｏ ｉ ｅ ｇ 公ｙ ｗａ ｓ＆ Ａ ｔ ｍ ｔ汽 运 ｔｏ ｓ ｏ ｖ Ａｐｐ ｉａ ｉｎ ｌｃ
第 ５期 ２１ Ｏ １年 ９月
汽 车悬 架 系统 性 能 指标 的 影 响 因素 分 析
何 洋 志 ，陈 吉 清
（华 南理 工 大 学 机 械 与 汽 车 工程 学 院 ，广 东 广 州 ５０ ４ ） １６ ０
文献标志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ １ ６ ８ ２ １ ）５ ０ １ —０ １７ —２ ６ （０ １ ０ — ０ ２ ４
随着 汽车产 业 的 快 速 发 展 ， 车平 顺 性 的研 究 汽 受 到高 度重 视 ， 它不 仅影 响汽 车 的使用 性能 和 寿命 ， 而 且影 响乘 员 的疲劳 强 度及行 车 安全性 。路面 输入 激励 、 轮胎 、 架 和 座 椅 等 都 影 响 着 汽 车行 驶 平 顺 悬 性 ， 中悬架 对 汽车行 驶 平顺 性 的影 响尤为 突 出 ， 其 而 悬 架设 计 又要兼 顾 刚 度 和 阻 尼参 数 ， 过 调整 悬 架 通 参 数 匹配可 改善 汽车 行驶 平顺 性 ， 提高乘 坐 舒适 性 。 该 文针 对 １ ４汽车 双质 量悬 架 系统 的行驶 动力 ／ 学模 型 ， 重点 围绕悬 架刚 度 和阻尼 参数 ， 析如何 协 分
调相 互 矛盾 的悬 架 ３个性 能 指标 ， 到某 种 意 义 上 达
ｍ １ 忌 （ ～ ｚ ） 忌 （ １ 一 ｆ ｏ １ 一 一 ２ 一 Ｃ（ — ２ ） ｌ ）
（） １
ｍ６ ２ ｋ （ 一 ２ ） Ｃ （ ｌ 一 ｌ ２ ＋ ｚ — ２ ２ ）
（） ２
式 中：
设 在 某典 型 差路 面上 ， Ｓ（ 一Ｇ 由 ） 。
／ ｐ表 ｆ
为 了验证并 精 确得 到 曲面 图形 上较 大范 围 内对 应 自变量 的车 身 加 速 度 值 ， 用 Ｍａｈ ｍａｉ 运 ｔｅ ｔ ａ的数 ｃ 值表命 令 Ｔａ ｌＦ ｒ ｎ ， 出 以 ｂ ｅ ｏｍ［ ］ 输 和 为 变 量 的 数值 表 因车 身 加速 度在 固有 频率 较低 的范 围 内 较 小 ， 在建 表时取 一０ １ 、 长为 ０ ２ ￡ 故 ． ～２ Ｈｚ 步 ． ，
一ｃ ｗ Ｊ 一是 ｉ
Ｉ
—Ｃ￣ ｓ 一忌 ｉ ｏ
ｃｗ 是～ ６。 ， ＋ ｍ ｌ ｉ
（ ４）
忌 （ ｗ＋ 走 ） ｃｉ
ห้องสมุดไป่ตู้
ｚ Ｉｆ ｏ ∞＋是十是一ｍｗ 。 一ｃｏ一是 Ｉ ｃ ｉ ｏ Ｊ ｓｊ ｉ
Ｊ
—ｃ￣ ｋ ，－ ｉ ｏ
＋ Ｉ 是一 ６。
＝
ｚ ｃｋ 一ｉ ｋ ｏ Ｉｏ 一 Ｉ ＋ ＋ Ｃ ｓ ｉ ｃ — Ｉ ｗ — 忌 ｃ 忌 ｍ２ ｃ ＋ ６Ｉ 一 一 ∞
（） ６
２ｒ ／ ６ ７ ｍ
１
－
（０ 、１ ）
（ １ １）
悬架 动行 程 参 数 Ｓ … 描 述 相对 于 静平 衡 位 ＷＳ 置 的悬架 位 移变 化程度 。由式 （ ） ４ 和式 （ ） 得悬 架 ５可
摘 要 ：汽 车 悬 架 系统 的性 能直 接 影 响 汽 车 的行 驶 平顺 性 。 文 中 以 １ ４汽 车 双 质 量 悬架 系统 为 ／
对 象 ， 定 其 ３个 性 能 指 标 目标 函数 ； 于数 学软 件 Ｍａｈ ｍａ ｃ 确 基 ｔｅ ｔ ａ生 成 目标 函 数 的 ３ 曲 面 图和 数 ｉ Ｄ 值 表 ， 示 出 目标 函数 的 变化 趋 势 ； 析 悬架 参 数 对 目标 函数 的 影 响 ， 究 悬 架 系统 性 能 指 标 目标 显 分 研
的运 动方 程 ：
的悬 架 系统 性能 最优 的 目的 。相 对于 传统 的优 化计 算 ， 于数学 软 件 Ｍａｈ ｍａｉ 基 ｔ ｅ ｔ ａ绘 制 悬 架 系 统 性 能 ｃ 指标 目标 函数 ３ 曲 面 图 和 数 值 表 ， 形 象 地 显 示 Ｄ 能 最佳 设计 范 围 ， 到 目标 函数 在 某 一参 数 匹配 处 的 得 精确 值 ， 还能 作其 他 多种 分析 计算 。该 文通 过实 例 ，
由图 ２可 以看 出 ： 固有 频 率越低 ， 身加速 度越 车 小 ； 固有 频率 较 低 范 围 ， 在 随着 阻 尼 比的 减小 ， 车身
加 速度有 所 降低 。
行程 和轮 胎 动载荷 ） 均 方根 值 等 于其 功 率 谱 密 度 的
在整 个频 率 范 围内积分 值 的开 方 。
（） ５ 可得 车身 加速度 频率 响应 函数 为 ：
ｚ ２ 一 ｋ （ ｉ ｗ＋ ｋ ）
加速 度均 方根值 是悬 架 弹 簧 刚 度 忌 和 阻 尼 值 Ｃ 的
函数 ， 工程 中习 惯采 用 固 有频 率 和 阻 尼 比 ￡ 表 示 悬架 系统 特性 ， 表 达式 为 ： 其
（ 图 ２ 示 ） 如 所 。
忌 ＋ｏ忌 南十 ～ｍ鲫 １ 七 。 足 ］ ｌ 一ｚ Ｊ Ｉ＋ 一 Ｉ ｉ－ Ｉ ｃ ｌ
忌 － Ｔ ｗ９ ｒ ０ ｔ
一
１
；１
３ 悬 架 系统 性 能 指标 的 影 响 因素 分 析
３ １ 路 面输 入谱 及悬 架 系统参 数 的确定 ．
（） ５
所 研 究 的 问题 可 以描 述 为 ： 根据 由路 面 功率 谱 密 度表示 的路 面位 移 输 入 ， 解 由运 动 方程 表 示 的 求
， 十：
车 辆模 型 系统 的输 出。
‰
辜
２ 悬 架 系 统 的 性 能指 标 及 其频 率 响应 函数
对 车辆 悬 架 系 统 而 言 ， 其性 能 可 用 ３个 基 本 指
取 得较小 值 ， ０ ３ ２ ９ ８ｍ／。 为 ． ４ ９ ｓ 。
式 中： Ｓ为 路面 输入谱 密度 值 ； ｆ为频 率 。
为 了分析 悬架 阻尼 和刚 度变 化对 悬架 系统 性 能
１ ４
Ｈ ｉ ｈ公 ＆ Ａｕ 与 ｏ ｉｅＡｐ运 ｔｏ ｓ ｇ ｗａ ｓ 路 ｔ ｍ ｔ ｐｌｃ ｉ ｎ ｙ ｏ 汽 ｖ ｉａ
基 于 Ｍａｈ ｍａｉ ， 究 悬 架 系 统 性 能 指 标 目标 函 ｔｅ ｔ ａ研 ｃ 数 的变化 规律 。
Ｃ ７ｊｆ ｌ 忌 ｗ 一０ｚ ｒ一 ｉ ：ｌ ｉ ｓ ｗ 一 ＋ 是 忌２ ２ ６ ６ ＝ 。