不同等級路面下車輛行駛平順性分析

徐國英+薛大兵+姚新民

摘 要：路面不平是車輛振動的基本輸入，不同隨機路面輸入下，車輛的平順性差異較大。文中以某輕型車輛為例，分析了其懸架雙質(zhì)量模型的傳遞特性，推導(dǎo)了車身位移與路面激勵位移的傳遞函數(shù)。最后，根據(jù)我國對路面不平度的8級分類標準，計算出了在不同等級隨機路面輸入下車輛系統(tǒng)振動響應(yīng)的均方根值， 反映了不同等級路面輸入下車輛的平順性。

關(guān)鍵詞：不同等級路面；平順性；雙質(zhì)量模型；傳遞函數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.220

0 引言

平順性是評價車輛性能的一個重要指標，也是車輛發(fā)揮其機動性能的重要保證。動力性再好，平順性不過關(guān)。車輛雖然能高速行駛但是由于乘員生理反應(yīng)不得不降低車速，從不能使動力性能完全發(fā)揮，大大降低了車輛的使用性能。

車輛的平順性主要是保持車輛在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定的范圍內(nèi)，有乘員時以乘員的主觀評價為主，載貨車輛還包括保持貨物的完好性能。乘員的主觀評價一般是通過加速度通過人體對振動的反應(yīng)。車輛行駛時，由路面不平以及發(fā)動機、傳動系和車輪旋轉(zhuǎn)部件激發(fā)了車輛振動。通常，路面不平是車輛振動的最主要影響因素[1]。路面不平引起的車輛振動與路面情況息息相關(guān)。我國根據(jù)路面不平度的統(tǒng)計特性功率譜密度值，將路面分為如下8類：

對不同等級路面激勵下車輛平順性差異的研究是加深對車輛地面相互作用理解的關(guān)鍵。雙軸車輛平順性的研究通常選用車身車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)[2-3]，該系統(tǒng)能反映車輪部分在范圍產(chǎn)生高頻共振時的動態(tài)響應(yīng)。

1 車身位移與路面激勵位移傳遞函數(shù)

當懸架質(zhì)量分配系數(shù)接近于1時，前后懸架系統(tǒng)的垂直振動幾乎是獨立的。于是可以簡化為如圖1的兩個自由度振動系統(tǒng)，這個系統(tǒng)除了車身外還反映了車輪部分的接地性，更加接近車輛懸架系統(tǒng)的實際情況。圖中，為懸掛質(zhì)量；為非懸掛質(zhì)量；為彈簧剛度；為輪胎剛度，為阻尼器阻尼。

把車輛基本參數(shù)帶入式（3）中，通過matalb可求得車身位移與路面激勵的傳遞函數(shù)表達式，以及傳遞函數(shù)的響應(yīng)特性，如圖2所示。

由圖中可以看出在的頻率范圍內(nèi)兩個明顯的共振峰值。

2 車身加速度對車輪速度的傳遞函數(shù)

以上傳遞函數(shù)可以理解為車身位移對路面的傳遞函數(shù)與一個環(huán)節(jié)串聯(lián)而成，通過matalab編程可得到車身加速度的對車輪的傳遞函數(shù)以及傳遞函數(shù)的響應(yīng)特性，如圖3所示。

由圖中可以看出在的頻率范圍內(nèi)也有兩個明顯的共振峰值。

3 不同等級隨機路面輸入下系統(tǒng)平順性對比分析

由上式可知，當懸架雙質(zhì)量系統(tǒng)參數(shù)確定后，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性就確定了，即幅頻特性確定，車身加速度的均方根值與路面不平度和車速成正比。式（6）可計算出不同路面不平度下車身加速度響應(yīng)值，計算時取車速為。

A級路面是鋪裝路面，包括高速、國道、省道等，平坦相對較少轉(zhuǎn)彎；B級路面也是鋪裝路面，但連續(xù)轉(zhuǎn)彎多，過彎無視角，碎石路面；C級是土路，連續(xù)盤山路面。

由于車身加速度要求處于3g左右，從上表可以看出，該輕型車適合于行駛于A級和B級路面上。若車輛行駛于C級凹凸的土路時，車輛需要以的車速行駛。

4 結(jié)論

通過分析輕型車輛懸架雙質(zhì)量模型的傳遞特性，推導(dǎo)了車身位移與路面激勵位移的傳遞函數(shù)。再根據(jù)我國對路面不平度的8級分類標準，計算出了在不同等級隨機路面輸入下車輛系統(tǒng)振動響應(yīng)的均方根值，得出該輕型車適合于行駛于A級和B級路面上。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：203-250.

[2]喻凡.車輛動力學及控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010：306-357.

[3]趙晰，盧士富.路面對四輪汽車輸入的時域模型川[J].汽車工程， 1999，21（02）：112-17.

[4]國家標準.車輛振動輸入—路面平度表示方法[S].GB7031-86.

作者簡介：徐國英（1965-），男，博士，副教授。endprint