建立履带式悬挂系统振动模型

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：因此，在建立履带式车辆的简化动力学模型时，一般只需考虑来自不平路面的激励。

1.悬挂系统模型的假定条件与前提假设

车体悬挂系统的动力学模型是进行系统设计和性能分析的基础。作为一个复杂多自由度、耦合非线性振动系统来讲，我们对其进行精准的动力学特性描述和分析是非常复杂和困难的，大量研究和相关资料显示，根据研究目的、出发点和侧重点的不同，可对系统的动力学模型进行相应的简化设计，这样既可以对研究对象进行简化，方便分析计算，又能够保证结果的准确可靠性。

针对实际车辆系统，对系统模型提出以下假设[184]：

（1）把整条履带视为无缝的敷在路面上，近似于一种“无限轨道”，从而可以不计履带作用；

（2）车辆以恒定速度通过随机路面，且路面不平度是包含各种状态的随机过程；

（3）质心纵轴两侧的车体是左右对称的，忽略车体侧向振动对车身造成的影响；

（4）各弹性元件的弹性特性相同，且同时具有线性特性，其悬挂刚度相同；

（5）各阻尼元件的阻尼特性相同，且都是黏性阻尼，其阻尼系数相同；

（6）负重轮本身的轮胎弹性特性和结构阻尼相同，具有线性特性，各轮胎弹性刚度系数和结构阻尼系数也相同。

通常情况下，引起的车辆悬挂系统的振动主要包含低频与高频两种类型，前者主要是因为车辆遭受路面随机激励，此外，由一些其他外界因素所造成的车体振动也属于低频振动。而高频振动主要由内部引起，如发动机激励等。考虑到振动对人体的影响以及人体对其反应，一般在研究车辆平顺性时，频率限制在30 Hz以下的低频段。因此，在建立履带式车辆的简化动力学模型时，一般只需考虑来自不平路面的激励。

2.履带式悬挂系统动力学模型的建立

目前研究车辆悬挂系统常常采用的是1/4车体的二自由度模型、1/2车体的四自由度模型及整车模型。但由于这里研究的是对主动悬挂系统进行控制方案的设计，为了充分考虑各部分复杂耦合关系，更精确、合理地预测悬挂参数，便于控制器设计，我们建立了1/2车体的八自由度动力学模型，如图7.9所示。

车辆以速度v行驶在随机路面xr上，选取车辆静平衡位置时的质心为坐标原点，车辆质心相对平衡位置的垂直位移为x。车辆共有六个负重轮，各轮相对于其静平衡位置的垂直位移为xwi（i=1，2，…，6），各轮轴心与车辆质心的水平距离为li，在车辆质心右边的各轮li为正，反之为负。各符号量的物理意义见表7.3

图7.9　悬挂系统的动力学模型

表7.3　系统模型各量的物理意义

通过对该悬挂系统进行力学分析，结合牛顿力学定律以及角动量守恒定律，得到了该八自由度系统的微分方程：

我们选取的状态变量为

式中，x和为车身的垂直位移和速度；φ和为车身的俯仰角和俯仰角速度；xwi和为各负重轮的垂直位移和速度。