车辆振动模型的建立及动荷载计算研究
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据 路 面 的具 体 状 况 和 车 辆 的运 动 状 况 估 计 车 辆 的
Ｙｌ
动载荷 ， 运动 车 辆 随 机荷 载及 其 激 励 下 的路 面 对 动力 响应 的研 究 是必 要 的． 而研 究 车辆 的动 荷 载 首先 要建 立车 辆 振 动模 型力 学 模 型 ， 而 为 研 究 进 由于 车辆 在不 平整路 面 行驶 引起 的动 荷载 研究 打
ｙ — Ｕｃ ｓ ￣ ｔ 口 ｏ（ｏ一 ） （） ６
动 惯 量 不 变
Ｍ ， ＋ Ｍ ＝ ａ ６ ＝ ＝Ｊ （） ３
则
ｙ 一 一 Ｕ０ ｃ ｓ ∞ｏ — ａ ３ ｏ（ ｔ ）
（） ７
式 中 ： 为 后 悬 挂 部 分 的 质 量 （ 括 车 载 货 物 包
等） 为后 非 悬 挂 部 分 的质 量 ； 。为 汽 车后 悬 ； ｋ 架 刚度 系数 ； 。 汽 车 后 轮 胎 刚 度 系 数 ； 为 汽 ｋ 为 Ｃ 车后 悬挂部 分 阻尼 系数 ； 为汽 车后 轮胎 阻 尼系 Ｃ 数 ；。为 车 身 垂 直 位 移 ； 为 车 轮 垂 直 位 移 ； ： Ｙ Ｙ Ｙ 为地 面对 车轮 的激励 （ 面平整 度 函数 ） 路 ．
击 ห้องสมุดไป่ตู้ 的 大 小 和 使 用 寿 命 ． 平 整 的 路 表 面 会 增 大 不
行 车 阻力 ， 使 车辆产 生 附加 的振 动作 用． 并 这种 振
动作用 会造 成行 车颠 簸 ， 响行车 的速 度和 安全 ， 影
影响 驾驶 的平 稳 和乘 客 的舒 适 ． 面 不 平 整 所 引 路 起 的车与 路面 相互作 用 破坏 效果 尤为 显 著＿ ］ 汽 １．
下 理 论 基 础 ［６． ４］ －
图 ２ ４自 由度 车 辆 模 型
ｙ ｏ
在路 面短 波激 励 情 况 下 ， 辆 所 受 的 激 励 实 车
际 上 大 多 只 涉 及 到 车 轮 跳 动 ， 车 身 运 动 影 响 很 对
小 ， 身左 右两 边相 互作 用几 乎 为零 ． 以可 以将 车 所
ＶｏＩ３５ ＮＯ． ． ４
Ａｕ ｇ． ２ １ ０１
车 辆 振 动 模 型 的建 立 及 动 荷 载 计 算 研 究 ＊
张光 海 Ｄ 康 海 贵 郑 元 勋
郑州 ４０５） ５ ０ ２ （ 连 理 工 大 学 建 设 工 程 学 部 ” 大 连 １ ６ ２ ） （ 州 大 学 水 利 与 环境 学 院 大 １ ０ ３ 郑
图 １ ７自 由度 车 辆 模 型
ｙ２
车行 驶在 不平 整 路 面上 ， 轮将 对 路 面 产 生 附 加 车
动荷 载 ， 种动 荷载 将加 速路 面平 整度 的衰减 ， 这 而 路面 平整 度 的变差 又将 使得 车轮 对路 面产 生 的附 加动 荷载增 加 ， 最终 加剧 路 面的破 坏． 了预先 根 为
效 为 图 ３的 模 型 ． 是 在 等 效 处 理 中 ， 辆 系 统 的 但 车
３个 质 量 块 必 须 满 足 以 下 ３个 力 学 条 件 ， 即 总 质 量 不 变
质量） 与非 簧 载 质 量 （ 悬 挂 质 量 ） 组 成 ］ 首 非 所 ．
先 建 立 ７ 自 由度 车 辆 模 型 （ １ ： 身 的 垂 直 、 图 ）车 俯
收 稿 １ ： Ｏ １０ ４ ３期 ２ １ － ３ １
张 光 海 （ ９ ２ ） 男 ， 士 生 ， 级 工 程 师 ， 要 研 究 领 域 为 道 路 结 构 动 力 特 性 分 析 １７一 ： 博 高 主
河 南 省 交 通 运 输厅 科 技项 目资 助 （ 准 号 ： ０ ６ ３ ５ 批 ２０ Ｐ ３ ）
上 述 车 辆 模 型 （ 图 １ 简 化 为 ４ 自 由 度 车 辆 模 型 见 ）
（ 图 ２ ［１ ． 见 ）９３ －］
１ 车 辆 振 动模 型及 振 动方 程 的建 立
将 汽 车 视 为 彼 此 弹 性 相 联 的 簧 载 质 量 （ 挂 悬
利 用 动力学 的 等效 系统 可 以将 图 ２的模 型 等
故
ｌ Ｋ一
ｌ ０ 一
［ 是 ＋ ｋ ） ｏ １ （２ ３ ｍ２ 一 是 （ｌ ２ 一 ， ］ 最 —０ － ｏ ￣ ） ；一 ０
・
７２ ７ ・
武 汉 理 工 大 学 学 报 （ 通 科 学 与 工程 版 ） 交
Ｍ ｆ Ｍ ｃ＋ Ｍ 一 Ｍ ＋ （） １
２１ 年 ０１
第 ３ ５卷
（ ５）
＋
＋ Ｋｙ 一 ，（） ￡
质 心 位 置 不 变
Ｍ ｔ — Ｍ ｒ ａ ｂ （） ２
求 系统 的 无 阻 尼 自 由振 动 的 固有 频 率 ， 设
摘 要 ： 立 了 车 辆 的 １ ４模 型 ， 推 导 了 车 辆 模 型 动 态 计 算 方 程 ，通 过 对 方 程 的求 解 分 析 了行 驶 速 建 ／ 并
度 、 车 荷 载 等 对 汽 车 动 荷 载 的影 响 ． 行
关 键 词 ： 青 路 面 ； 平整 度 ； 动 模 型 ； 辆 动 荷 载 沥 不 振 车
中 图法 分 类 号 ： １ ． ｌ Ｕ４ ６ ２ ７ ＤＯＩ １ ． ９ ３ ｊｉｓ ． ０ ６２ ２ ． ０ ｌ ０ ． ２ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ０ — ８ ３ ２ １ ＿ ４ ０ ９
０ 引
言
仰、 侧倾 ３个 自由度 和 ４个 车轮 的垂 直 自由度 ．
路 面平 整度 是评 定路 面质 量 的主要 技 术指 标 之一 ， 它关 系到 行车 的安 全 、 适 以及路 面所 受 冲 舒
第 ３ 卷 第 ４期 ５
２ｌ ０ １年 ８月
武汉 理工 大学 学报 （ 通科 学 与工程 版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＷ ｕ ａ ｎｖ ｒｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｈ ｎ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ
（ ａ ｓｏｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒ ｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａ。 ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
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动载荷 ， 运动 车 辆 随 机荷 载及 其 激 励 下 的路 面 对 动力 响应 的研 究 是必 要 的． 而研 究 车辆 的动 荷 载 首先 要建 立车 辆 振 动模 型力 学 模 型 ， 而 为 研 究 进 由于 车辆 在不 平整路 面 行驶 引起 的动 荷载 研究 打
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动 惯 量 不 变
Ｍ ， ＋ Ｍ ＝ ａ ６ ＝ ＝Ｊ （） ３
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式 中 ： 为 后 悬 挂 部 分 的 质 量 （ 括 车 载 货 物 包
等） 为后 非 悬 挂 部 分 的质 量 ； 。为 汽 车后 悬 ； ｋ 架 刚度 系数 ； 。 汽 车 后 轮 胎 刚 度 系 数 ； 为 汽 ｋ 为 Ｃ 车后 悬挂部 分 阻尼 系数 ； 为汽 车后 轮胎 阻 尼系 Ｃ 数 ；。为 车 身 垂 直 位 移 ； 为 车 轮 垂 直 位 移 ； ： Ｙ Ｙ Ｙ 为地 面对 车轮 的激励 （ 面平整 度 函数 ） 路 ．
击 ห้องสมุดไป่ตู้ 的 大 小 和 使 用 寿 命 ． 平 整 的 路 表 面 会 增 大 不
行 车 阻力 ， 使 车辆产 生 附加 的振 动作 用． 并 这种 振
动作用 会造 成行 车颠 簸 ， 响行车 的速 度和 安全 ， 影
影响 驾驶 的平 稳 和乘 客 的舒 适 ． 面 不 平 整 所 引 路 起 的车与 路面 相互作 用 破坏 效果 尤为 显 著＿ ］ 汽 １．
下 理 论 基 础 ［６． ４］ －
图 ２ ４自 由度 车 辆 模 型
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在路 面短 波激 励 情 况 下 ， 辆 所 受 的 激 励 实 车
际 上 大 多 只 涉 及 到 车 轮 跳 动 ， 车 身 运 动 影 响 很 对
小 ， 身左 右两 边相 互作 用几 乎 为零 ． 以可 以将 车 所
ＶｏＩ３５ ＮＯ． ． ４
Ａｕ ｇ． ２ １ ０１
车 辆 振 动 模 型 的建 立 及 动 荷 载 计 算 研 究 ＊
张光 海 Ｄ 康 海 贵 郑 元 勋
郑州 ４０５） ５ ０ ２ （ 连 理 工 大 学 建 设 工 程 学 部 ” 大 连 １ ６ ２ ） （ 州 大 学 水 利 与 环境 学 院 大 １ ０ ３ 郑
图 １ ７自 由度 车 辆 模 型
ｙ２
车行 驶在 不平 整 路 面上 ， 轮将 对 路 面 产 生 附 加 车
动荷 载 ， 种动 荷载 将加 速路 面平 整度 的衰减 ， 这 而 路面 平整 度 的变差 又将 使得 车轮 对路 面产 生 的附 加动 荷载增 加 ， 最终 加剧 路 面的破 坏． 了预先 根 为
效 为 图 ３的 模 型 ． 是 在 等 效 处 理 中 ， 辆 系 统 的 但 车
３个 质 量 块 必 须 满 足 以 下 ３个 力 学 条 件 ， 即 总 质 量 不 变
质量） 与非 簧 载 质 量 （ 悬 挂 质 量 ） 组 成 ］ 首 非 所 ．
先 建 立 ７ 自 由度 车 辆 模 型 （ １ ： 身 的 垂 直 、 图 ）车 俯
收 稿 １ ： Ｏ １０ ４ ３期 ２ １ － ３ １
张 光 海 （ ９ ２ ） 男 ， 士 生 ， 级 工 程 师 ， 要 研 究 领 域 为 道 路 结 构 动 力 特 性 分 析 １７一 ： 博 高 主
河 南 省 交 通 运 输厅 科 技项 目资 助 （ 准 号 ： ０ ６ ３ ５ 批 ２０ Ｐ ３ ）
上 述 车 辆 模 型 （ 图 １ 简 化 为 ４ 自 由 度 车 辆 模 型 见 ）
（ 图 ２ ［１ ． 见 ）９３ －］
１ 车 辆 振 动模 型及 振 动方 程 的建 立
将 汽 车 视 为 彼 此 弹 性 相 联 的 簧 载 质 量 （ 挂 悬
利 用 动力学 的 等效 系统 可 以将 图 ２的模 型 等
故
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［ 是 ＋ ｋ ） ｏ １ （２ ３ ｍ２ 一 是 （ｌ ２ 一 ， ］ 最 —０ － ｏ ￣ ） ；一 ０
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武 汉 理 工 大 学 学 报 （ 通 科 学 与 工程 版 ） 交
Ｍ ｆ Ｍ ｃ＋ Ｍ 一 Ｍ ＋ （） １
２１ 年 ０１
第 ３ ５卷
（ ５）
＋
＋ Ｋｙ 一 ，（） ￡
质 心 位 置 不 变
Ｍ ｔ — Ｍ ｒ ａ ｂ （） ２
求 系统 的 无 阻 尼 自 由振 动 的 固有 频 率 ， 设
摘 要 ： 立 了 车 辆 的 １ ４模 型 ， 推 导 了 车 辆 模 型 动 态 计 算 方 程 ，通 过 对 方 程 的求 解 分 析 了行 驶 速 建 ／ 并
度 、 车 荷 载 等 对 汽 车 动 荷 载 的影 响 ． 行
关 键 词 ： 青 路 面 ； 平整 度 ； 动 模 型 ； 辆 动 荷 载 沥 不 振 车
中 图法 分 类 号 ： １ ． ｌ Ｕ４ ６ ２ ７ ＤＯＩ １ ． ９ ３ ｊｉｓ ． ０ ６２ ２ ． ０ ｌ ０ ． ２ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ０ — ８ ３ ２ １ ＿ ４ ０ ９
０ 引
言
仰、 侧倾 ３个 自由度 和 ４个 车轮 的垂 直 自由度 ．
路 面平 整度 是评 定路 面质 量 的主要 技 术指 标 之一 ， 它关 系到 行车 的安 全 、 适 以及路 面所 受 冲 舒
第 ３ 卷 第 ４期 ５
２ｌ ０ １年 ８月
武汉 理工 大学 学报 （ 通科 学 与工程 版 ） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＷ ｕ ａ ｎｖ ｒｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｈ ｎ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ
（ ａ ｓｏｔｔ ｎＳ ｉ ｃ Ｔｒｎ ｐ ｒ ｉ ｃ ｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ａ。 ｅ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ