驾驶室悬置最优阻尼比的设计方法

摘要

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。

主权项

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m₃，单侧悬置弹性系数K_s；前单轮对应的簧上质量m₂，悬架弹簧刚度K，悬架阻尼系数C，簧下质量m₁，轮胎刚度K_t；车轮、车身以及驾驶室的垂直振动位移坐标z₁、z₂和z₃；路面不平度函数q及路面功率谱密度值G_q(n₀)，车辆行驶速度v，及行驶振动微分方程：$\left\{\begin{array}{c}{m}_3{\stackrel{··}{z}}_3+C_s({\stackrel{·}{z}}_3-{\stackrel{·}{z}}_2)+K_s(z_3-z_2)=0\\ m_2{\stackrel{··}{z}}_2+C_s({\stackrel{·}{z}}_2-{\stackrel{·}{z}}_3)+K_s(z_2-z_3)+C({\stackrel{·}{z}}_2-{\stackrel{·}{z}}_1)+K(z_2-z_1)=0\\ m_1{\stackrel{··}{z}}_1+C({\stackrel{·}{z}}_1-{\stackrel{·}{z}}_2)+K(z_1-z_2)+K_t(z_1-q)=0\end{array}\right.;$经拉普拉斯变换，将s＝jω代入上式，得驾驶室垂直振动加速度频响函数及车轮动载频响函数分别为：$H{\left(\mathrm{j\omega }\right)}_{{\stackrel{··}{z}}_3-\stackrel{·}{q}}=\frac{Q}{P_0+P_1+P_2+P_3+P_4+P_5+P_6};$$H{\left(\mathrm{j\omega }\right)}_{F_d-\stackrel{·}{q}}=\frac{Q_1+Q_2+Q_3+Q_4}{P_7+P_8+P_9+P_{10}+P_{11}+P_{12}+P_{13}};$其中，Q＝K_t(‑CC_sjω³‑C_sKω²‑CK_sω²+KK_sjω)；P₀＝KK_sK_t；P₁＝C_sKK_tjω+CK_sK_tjω；P₂＝‑m₁KK_sω²‑m₃KK_sω²‑m₂KK_sω²‑m₃K_sK_tω²；‑m₃KK_tω²‑CC_sK_tω²‑m₂K_sK_tω²P₃＝‑m₁C_sKjω³‑m₁CK_sjω³‑m₃CK_sjω³‑m₂CK_sjω³；‑m₃C_sKjω³‑m₂C_sKjω₃‑m₃C_sK_tjω³‑m₃CK_tjω³‑m₂C_sK_tjω₃P₄＝m₁m₃K_sω⁴+m₁m₃Kω⁴+m₁CC_sω⁴+m₁m₂K_sω⁴；+m₃CC_sω⁴+m₂CC_sω⁴+m₂m₃Kω⁴+m₂m₃K_tω⁴P₅＝m₁m₃C_sjω⁵+m₁m₃Cjω⁵+m₁m₂C_sjω⁵+m₂m₃Cjω⁵；P₆＝‑m₁m₂m₃ω⁶；Q₁＝‑m₁KK_sK_tjω‑m₂KK_sK_tjω‑m₃KK_sK_tjω；Q₂＝m₁C_sKK_tω²+m₁CK_sK_tω²+m₃CK_sK_tω²+m₂CK_sK_tω²；+m₃C_sKK_tω²+m₂C_sKK_tω²Q₃＝m₁m₃K_sK_tjω³+m₁m₃KK_tjω³+m₁CC_sK_tjω³+m₁m₂K_sK_tjω³；+m₃CC_sK_tjω³+m₂CC_sK_tjω³+m₂m₃KK_tjω³Q₄＝‑m₁m₂m₃K_tjω⁵‑m₁m₃C_sK_tω⁴‑m₁m₃CK_tω⁴‑m₁m₂C_sK_tω⁴‑m₂m₃CK_tω⁴；P₇＝KK_sK_t；P₈＝C_sKK_tjω+CK_sK_tjω；P₉＝‑m₁KK_sω²‑m₃KK_sω²‑m₂KK_sω²‑m₃K_sK_tω²‑m₃KK_tω²‑CC_sK_tω²‑m₂K_sK_tω²；P₁₀＝‑m₁C_sKjω³‑m₁CK_sjω³‑m₃CK_sjω³‑m₂CK_sjω³‑m₃C_sKjω³；‑m₂C_sKjω³‑m₃C_sK_tjω³‑m₃CK_tjω³‑m₂C_sK_tjω³P₁₁＝m₁m₃K_sω⁴+m₁m₃Kω⁴+m₁CC_sω⁴+m₁m₂K_sω⁴；+m₃CC_sω⁴+m₂CC_sω⁴+m₂m₃Kω⁴+m₂m₃K_tω⁴P₁₂＝m₁m₃C_sjω⁵+m₁m₃Cjω⁵+m₁m₂C_sjω⁵+m₂m₃Cjω⁵；P₁₃＝‑m₁m₂m₃ω⁶；C_s为驾驶室悬置待定阻尼；(2)确定及的积分表达式：根据步骤(1)中的及利用Matlab迭代积分求得驾驶室垂直振动加速度幅频特性平方的积分表达式及车轮动载幅频特性平方的积分表达式${\int }_{-\infty }^{+\infty }{\left|H{\left(\mathrm{j\omega }\right)}_{F_d-\stackrel{·}{q}}\right|}^2\mathrm{d\omega };$(3)确定驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的目标函数：根据C级路面参考空间频率n₀下的路面功率谱密度值G_q(n₀)，车辆行驶速度v，以及路面速度功率谱步骤(1)中的和及步骤(2)中的确定驾驶室垂直振动加速度均方值及车轮动载均方值的目标函数分别为：${\sigma }_{{\stackrel{··}{z}}_3}^2={\mathrm{\pi G}}_q\left(n_0\right)n_0^{2}v{\int }_{-\infty }^{+\infty }{\left|H{\left(\mathrm{j\omega }\right)}_{{\stackrel{··}{z}}_2-\stackrel{·}{q}}\right|}^2\mathrm{d\omega };$${\sigma }_{F_d}^2={\mathrm{\pi G}}_q\left(n_0\right)n_0^{2}v{\int }_{-\infty }^{+\infty }{\left|H{\left(\mathrm{j\omega }\right)}_{F_d-\stackrel{·}{q}}\right|}^2\mathrm{d\omega };$(4)确定基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比：根据步骤(3)中的驾驶室垂直振动加速度均方值优化目标函数及确定基于舒适性的驾驶室悬置最佳阻尼比ξ_oc；(5)确定基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比：根据步骤(3)中的车轮动载均方值的优化目标函数及确定基于安全性的驾驶室悬置最佳阻尼比ξ_os；(6)确定驾驶室悬置最优阻尼比：根据步骤(4)的ξ_oc，步骤(5)中的ξ_os，确定驾驶室悬置最优阻尼比ξ_o,即：ξ_o＝ξ_oc+(1‑0.618)(ξ_os‑ξ_oc)。