隨機路面激勵下車輛系統參數對汽車行駛平順性的影響研究

摘要：基于汽車系統動力學和隨機振動理論，建立了簡化的人體一座椅、車身及車輪3-DOF車輛振動模型，采用線性濾波白噪聲法建立了路面激勵模型，并仿真分析了常見C級路面的不平度特性。以C級隨機路面激勵為車輛振動系統輸入，運用變步長四階Runge-Kutta法求解了車輛系統數學模型。在時域和頻域兩方面，仿真分析了座椅剛度、阻尼，懸架剛度、阻尼及輪胎剮度對座椅、懸架性能的影響，以及路面不平度和車速對座椅垂向加權加速度的影響。得出了座椅加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷功率譜密度隨座椅剛度、阻尼系數，懸架剛度、阻尼系數及輪胎剛度變化的規律。

關鍵詞：隨機激勵；車輛平順性；加權加速度；功率譜密度

中圖分類號：U461.4 收稿日期：2022-12-26

1前言

車體由于各種動載荷引起的振動，主要靠懸架來衰減緩沖。懸架是車軸和車體之間的彈性連接裝置，承受路面傳遞給車體的沖擊載荷和車輪與車體間的沖擊力。懸架系統可簡化為阻尼器與彈簧的形式。單輪1/4汽車模型沒有考慮“人－座椅”系統對汽車平順性的影響，多為2-DOF形式。本文為了更加真實地反映汽車在隨機路面激勵下的振動狀態，建立考慮“人體一座椅”振動情況的1/4、3-DOF車輛模型，3個自由度分別為“人體－座椅”、車身、車輪的垂向位移。該模型考慮了座椅上人體各部位振動頻率，使研究結果能客觀地反映實際人體、車身和車輪的振動狀態，為懸架系統和座椅設計提供理論參考，減少因汽車振動而產生的人體共振現象，提高乘客乘坐舒適性。

很多學者對隨機激勵下汽車平順性展開分析，張洪亮等研究了人－車－路3-DOF振動模型的路面平整度評價方法；陶向華等運用迭加法對3-DOF車輛模型的振動特性進行了評價。但綜合考慮路面等級與車速對座椅加權加速度的影響分析，及變系統參數對汽車平順性評價指標的時域與頻域影響分析相對較少。