CN103121475A - 驾驶室悬置最优阻尼比的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及驾驶室悬置最优阻尼比设计方法,属于驾驶室悬置技术领域。目前国内、外一直没有给出驾驶室悬置系统最佳阻尼比设计方法。本发明其特征在于:根据车轮、车身及驾驶室三质量振动系统的驾驶室振动加速度及车轮动载频响函数,利用Matlab迭代积分建立驾驶室垂直振动加速度及车轮动载的目标函数,并分别求得基于舒适性和基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比,对驾驶室悬置系统的最优阻尼比进行设计。利用该设计方法,对于不同车辆参数、驾驶室参数、车辆类型、行驶路况及车速,可设计得到准确、可靠的驾驶室悬置最优阻尼比,使驾驶室达到最佳减振效果,避免反复验证及修改,缩短开发周期,降低设计及试验费用。
Description
技术领域
本发明涉及卡车驾驶室悬置,特别是驾驶室悬置最优阻尼比设计方法。
背景技术
很多卡车采用驾驶室悬置系统,是指采用螺旋弹簧、钢板弹簧或空气弹簧作为弹性支承元件,采用液力减振器作为阻尼元件,能够获得较大行程的悬置系统。由于驾驶室悬置系统属于三质量振动系统(车轮质量、车身质量和驾驶室质量),其分析计算非常复杂,很多国内、外车辆工程方面的专家只好采用简化的单质量振动系统模型进行分析,即将车身振动看作是驾驶室振动的激励输入,因此,只能给出近似的驾驶室悬置系统阻尼比设计值。据所查阅资料可知,目前国内、外车辆工程专家一直未能给出基于三质量振动系统的驾驶室悬置系统最佳阻尼比设计方法。通常根据车辆及驾驶室类型,在一个参考范围(0.2~0.5)内选取一个折中值,然后利用反复试验和修改方法,最终得到某车辆驾驶室悬置系统的阻尼比。随着汽车行业的快速发展,目前驾驶室悬置系统阻尼比设计方法,不能满足车辆发展及驾驶室舒适性的设计要求。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明所要解决的技术问题是通过三质量行驶振动模型及分析,提供一种驾驶室悬置最优阻尼比的设计方法,其设计流程图如图1所示。
为了解决上述技术问题,本发明所提供的驾驶室悬置系统最优阻尼比的设计方法,其技术方案实施步骤如下:
根据驾驶室单侧悬置质量m 3,单侧悬置弹性系数K s;前单轮对应的簧上质量m 2,悬架弹簧刚度K,悬架阻尼系数C,簧下质量m 1,轮胎刚度K t;车轮、车身以及驾驶室的垂直振动位移坐标、和;路面不平度函数及路面功率谱密度值,车辆行驶速度v,及行驶振动微分方程:
;
其中,
;
(3) 确定驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的目标函数:
(4) 确定基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(5) 确定基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(6) 确定驾驶室悬置最优阻尼比:
本发明比现有技术具有的优点:
由于驾驶室三质量振动分析非常复杂,目前国内、外车辆工程专家一直未能给出基于三质量振动系统的驾驶室悬置系统最佳阻尼比设计方法。该驾驶室悬置最优阻尼比设计方法,充分考虑了舒适性及安全性之间的相互矛盾与影响,因此,对于不同车辆参数、驾驶室参数、车辆类型、行驶路况及车速,利用该方法可设计得到准确可靠的驾驶室悬置最优阻尼比,避免反复验证及修改,降低设计及试验费用,缩短开发周期,且使得驾驶室悬置系统达到最佳减振效果。
为了更好的理解本发明下面结合附图做进一步说明。
图1是驾驶室悬置最优阻尼比设计流程图;
图2是单轮三质量行驶振动模型;
图3是实施例一的驾驶室加速度随阻尼比变化的仿真曲线;
图4是实施例一的车轮动载随阻尼比变化的仿真曲线;
图5是实施例二的驾驶室加速度随阻尼比变化的仿真曲线;
图6是实施例二的车轮动载随阻尼比变化的仿真曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例一:某卡车驾驶室悬置,其中单侧悬置对应驾驶室质量kg,单侧悬置对应的驾驶室悬置弹性系数N/m;单轮对应的车身质量kg,即簧上质量,悬架弹簧刚度N/m,悬架阻尼系数N.s/m;簧下质量kg,轮胎刚度N/m;C级路面参考空间频率m-1下的路面功率谱密度值m3,车辆行驶速度km/h;车轮、车身以及驾驶室的垂直位移坐标、和;输入的路面不平度函数。
本发明所提供的驾驶室悬置最优阻尼比设计流程如图2所示,具体步骤如下:
根据某卡车驾驶室单侧悬置对应驾驶室质量kg,驾驶室悬置弹性系数N/m;单轮对应的车身质量kg,即簧上质量,悬架弹簧刚度N/m,悬架阻尼系数N.s/m;簧下质量kg,轮胎刚度N/m;车轮、车身以及驾驶室的垂直位移坐标、和;输入的路面不平度函数;根据车辆参数及行驶振动微分方程,得到驾驶室垂直振动加速度的频响函数及车轮动载的频响函数分别为:
;
;
;
;
(3) 确定驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的优化目标函数:
根据C级路面参考空间频率m-1下的路面功率谱密度值m3,车辆行驶速度km/h,以及路面速度功率谱,步骤(1)中的及,步骤(2)中的及,可确定该车辆在当前行驶工况下的驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的优化目标函数,分别为:
(4) 确定基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(5) 确定基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(6) 确定驾驶室悬置最优阻尼比:
对该车驾驶室所设计的最优阻尼比,通过车辆行驶振动计算机仿真分析,可得该车驾驶室垂直振动加速度、车轮动载随阻尼比变化曲线,分别如图3和图4所示,可知驾驶室垂直振动加速度、车轮动载都有一定程度的减小,能够有效的提高驾乘人员的舒适性,表明该车辆驾驶室悬置最优阻尼比设计方法是准确的。
根据某卡车驾驶室单侧悬置质量kg,驾驶室单侧悬置弹性系数N/m;单轮对应的车身质量kg,即簧上质量,悬架弹簧刚度N/m,悬架阻尼系数N.s/m;簧下质量kg,轮胎刚度N/m;车轮、车身以及驾驶室的垂直位移坐标、和;输入的路面不平度函数;根据车辆参数及行驶振动微分方程,确定驾驶室垂直振动加速度的频响函数及车轮动载的频响函数,分别为:
;
其中,各参数表达式同实施例一;
(3) 确定驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的优化目标函数:
根据C级路面参考空间频率m-1下的路面功率谱密度值m3,车辆行驶速度km/h,以及路面速度功率谱,步骤(1)中的及,步骤(2)中的及,可确定该车辆在当前行驶工况下的驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的优化目标函数,分别为:
;
(4) 确定基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(5) 确定基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(6) 确定驾驶室悬置最优阻尼比:
。
对实施例二驾驶室悬置所设计的最优阻尼比,通过车辆行驶振动计算机仿真分析,可得该车驾驶室垂直振动加速度、车轮动载随阻尼比变化曲线,分别如图5和图6所示,可知驾驶室垂直振动加速度、车轮动载都有一定程度的减小,能够有效的提高驾乘人员的舒适性,表明该驾驶室悬置最优阻尼比设计方法是准确的。
Claims (4)
1.驾驶室悬置最优阻尼比设计方法,其具体步骤如下:
(1) 确定驾驶室垂直振动加速度频响函数及车轮动载频响函数:
根据驾驶室单侧悬置质量m 3,单侧悬置弹性系数K s;前单轮对应的簧上质量m 2,悬架弹簧刚度K,悬架阻尼系数C,簧下质量m 1,轮胎刚度K t;车轮、车身以及驾驶室的垂直振动位移坐标、和;路面不平度函数及路面功率谱密度值,车辆行驶速度v,及行驶振动微分方程:
;
其中,
;
;
;;Cs为驾驶室悬置待定阻尼;
(3) 确定驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的目标函数:
(4) 确定基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(5) 确定基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比:
(6) 确定驾驶室悬置最优阻尼比:
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