汽车系统动力学第2版喻凡基本课件第8章节.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 尚辅网 / 第八章 路面模型及舒适性标准　 □第一节　概述 □第二节　路面输入及其模型 □第三节　车辆舒适性评价标准 第一节　概述 与闭环的操纵动力学问题不同的是,或许可以先将车辆行驶动力学看作一个典型的“开环系统”,它所涉及的主要内容如图8-1所示。 图8-1　车辆行驶动力学所涉及的主要内容 第一节　概述 由图8-1可知,左边的系统输入包括多个激励源,如来自不平路面的激励、轮胎及车轮总成的影响(如动平衡问题)、发动机及传动系统的振动引起的激励等。此外,还可能有许多其他潜在因素可以被乘员所感受到,但本章中只介绍作为主要激励源的路面不平度,具体内容见下一节的路面输入模型。 图8-1所示的输出部分即乘员的反应和感知。人可以通过触觉、视觉及听觉等多方面感知周围环境,例如低频下的振动会引起人晕车,也就是通常所指的“运动病”,眼的振动及中耳的不平衡也可以引起晕车。这些问题涉及生理学这一更为广泛的范畴,这里仅讨论人体对振动的反应。 图8-1中介于输入与输出之间的内容是本章研究的核心问题,即车辆行驶动力学模型,其中所涉及的实际因素有很多,但主要因素包括簧载质量(即车身质量)和非簧载质量(即车轮质量)、悬架、轮胎、发动机质量及其悬置、乘员和座椅等。尽管行驶动力学所涉及的内容较广泛,但本书中会围绕行驶动力学所谓“主问题”展开,即通过数学建模、预测和分析车辆行驶在不平路面输入下系统的响应。 第一节　概述 因此,行驶动力学研究的主要内容可以总结为以下三个问题: 1)如何建立一个能合理描述不平路面的输入模型; 2)如何合理地建立一个用于车辆行驶平顺性分析的车辆模型; 3)如何提出能合理表述车辆行驶平顺性的量化指标。 本章将围绕第一个和第三个问题展开,而第二个问题将在第九章的行驶动力学模型中进行介绍。目的是通过车辆行驶动力学建模、仿真及性能分析,预测车辆行驶平顺性能、优化车辆系统(这里主要是针对悬架系统)的设计,以及通过采用先进的控制方法进行主动悬架控制系统的设计,关于悬架控制部分的相关内容将在第十章中给予介绍。 1.路面测量技术 为了精确预测车辆对路面激励输入的响应,首先要做的工作就是对路面本身进行恰当描述及表达。获得路面特征的唯一方法是测量,可供使用的测量技术有: (1)经典测量技术　一种古老的测量方法是使用水平仪和标尺进行路面不平度测量。这种方法非常精确,但费时费工,目前已很少采用。 (2)路面不平度测量仪　目前常采用的测量方法是使用路面不平度测量仪,其结构及原理如图8-2所示。路面不平度测量仪有单轨和双轨两种形式。一般安装在车体或拖车上,通过拖带的从动轮测量路面不平度。如要测量左右两轮轨迹的路面输入之间的关系,可用双轨式测量仪通过两个从动轮测得。在对路面不平度测量仪的悬架进行设计时,必须保证从动轮始终与地面接触,保持在合理的行驶速度下,路面轮廓才能被准确测量。在对路面测量信号处理和建模时,一般要对信号的频率范围有所限制。通过频宽的上、下截止,使所建立的路面模型只包括认为有用的频率信号。相对一般汽车车轮来说, 第二节　路面输入及其模型 一、路面测量技术及数据处理 测量仪的从动轮较小、较硬,它通常由一个硬质的小窄轮胎构成。由于汽车轮胎与地面有一定的接触长度,对不平路面中的那些微小凹坑和凸起有包络效应,因而在建模中无需反映那些太细的路面纹理结构。而测量仪的硬质小轮比通常的车用轮胎小,可以测量出更多的路面高频小幅值分量,故采用上截止频率的办法来滤掉这些高频分量,以简化数据处理工作。如果仅考虑影响平顺性的频段信号成分,则无需采集那些伴随大波长(如类似桥面的波峰和桥洞下隧道般的波谷)的极低频段内的路面位移信号,因为车辆总归是要跟随这样的路面行驶,故可用带通滤波器将这种没用的极低频信号去除。 (3)非接触式路面测量装置　假如路面的细致纹理也需考虑,则可采用非接触式测量方法,如激光或超声波方法,工作原理如图8-3所示。路面与测量装置中的质量块间的相对位移可由加速度传感器间接获得。非接触式路面测量装置通常安装在车辆前部的支承横梁上,可安装多个测量装置进行多道同时测量。 (4)倾斜测量装置　可使用一辆双轮小车(工作原理见图8-4)并配合自立式陀螺仪来测量非路面的不平度。地表面的倾斜度由陀螺仪测量,然后通过积分得出位移。 第二节　路面输入及其模型 第二节　路面输入及其模型 图8-2　路面不平度测量仪的结构及原理 第二节　路面输入及其模型 图8-4　倾斜测量装置 图8-3　非接触式路面测量的工作原理 2.数据处理 通常实测所得的路面轮廓不会遵循某一特定的模式,