崔彧青，張 晨

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

懸掛系統(tǒng)參數(shù)對(duì)車體平順性影響研究

崔彧青，張 晨

（裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

以某型號(hào)步兵戰(zhàn)車為研究對(duì)象，戰(zhàn)車在D級(jí)路面以7 m/s的速度行駛，改變懸掛系統(tǒng)參數(shù)，得到不同參數(shù)下車體垂直加速度變化情況和功率譜密度分布情況，并對(duì)其進(jìn)行分析，得到了不同參數(shù)對(duì)車體平順性的不同影響。仿真研究為改善車體行駛過(guò)程中的平順性和后續(xù)基于底盤的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也能為日后的相關(guān)工作提供借鑒和參考。

懸掛系統(tǒng)；車體垂直加速度；功率譜密度；剛度系數(shù)

懸掛系統(tǒng)作為車輛重要的組成部分，它對(duì)車輛行駛過(guò)程中的平順性起著決定性作用。為了更好地了解車輛懸掛系統(tǒng)對(duì)車體平順性的影響，現(xiàn)對(duì)車體懸掛系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，研究不同懸掛參數(shù)對(duì)車體振動(dòng)造成的影響。

1 路面激勵(lì)輸入建模

為了對(duì)車體的懸掛系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，首先對(duì)懸掛系統(tǒng)的激勵(lì)輸入——路面不平度建模仿真。在道路工程相關(guān)領(lǐng)域，對(duì)路面不平的程度描述主要通過(guò)路面不平度這一參數(shù)進(jìn)行量化。路面不平度的功率譜密度Gq（n）的擬合表達(dá)式為：

式（1）中：n為空間頻率，其物理含義為信號(hào)波長(zhǎng)的倒數(shù)m-1；n0為參考空間頻率，其值一般取n0＝0.1m-1；ω為頻率指數(shù)，ω＝2；Gq（n0）為參考空間頻率下的路面譜密度值，又被稱為路面不平度系數(shù)。

車體振動(dòng)還與車體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，當(dāng)車體以速度ν駛過(guò)空間頻率n的路面不平度時(shí)，輸入的時(shí)間頻率與空間頻率的關(guān)系為：

由此，在一定車速下，時(shí)間頻率功率譜密度為：

在D級(jí)路面下，以7 m/s的速度行駛，車輛的路面激勵(lì)輸入時(shí)域如圖1所示。

2 車體動(dòng)力學(xué)建模

本文以某型戰(zhàn)車底盤為研究對(duì)象，將其底盤近似簡(jiǎn)化為圖2所示的樣子。

圖2中，ki為第i個(gè)懸掛系統(tǒng)的彈性系數(shù)；ci為第i個(gè)懸掛系統(tǒng)的阻尼系數(shù)；kti為第i個(gè)輪胎的彈性系數(shù)；qi為第i個(gè)輪胎所處路面的路面不平度；zi為第i個(gè)車輪相對(duì)于靜平衡位置的垂直位移大小；mi為第i個(gè)輪胎的輪胎質(zhì)量；li為第i個(gè)輪胎軸心距懸掛質(zhì)量質(zhì)心所在垂面的距離；為車體垂直運(yùn)動(dòng)位移、速度、加速度大小；mc為車體質(zhì)量。

圖1 D級(jí)路面下7 m/s速度行駛的路面激勵(lì)輸入圖

圖2 車體底盤簡(jiǎn)化模型

圖2中，坐標(biāo)系選取規(guī)則如下：①車輛以速度ν行駛，選取車輛靜止平衡時(shí)耳軸中心為車身的坐標(biāo)原點(diǎn)，速度的方向?yàn)閤軸正方向，垂直向上方向?yàn)閥軸正方向；②車輛兩側(cè)各車輪相對(duì)于靜平衡位置的垂直位移為zi（i＝1，2，3，4），其軸心相對(duì)于車身坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離為li，且位于x軸正方向?yàn)檎?，反之為?fù)；③忽略車輪經(jīng)過(guò)路面時(shí)對(duì)路面不平度的影響。

車體平順性主要是通過(guò)車體垂直運(yùn)動(dòng)加速度表現(xiàn)的，所以，為了得到車體垂直運(yùn)動(dòng)加速度的變化情況，結(jié)合前人的工作基礎(chǔ)，建立車體動(dòng)力學(xué)模型，即：

求解式（4）即可得到車體運(yùn)動(dòng)加速度z˙c的變化情況。

3 仿真過(guò)程

3.1 仿真參數(shù)

在建模過(guò)程中，步兵戰(zhàn)車的具體參數(shù)如表1所示。

表1 車輛懸掛系統(tǒng)部分參數(shù)

3.2 仿真結(jié)果

根據(jù)車體動(dòng)力學(xué)模型和前期對(duì)路面激勵(lì)輸入的仿真，得到車體垂直加速度的變化情況，具體如圖3所示。

圖3 D級(jí)路面下7 m/s速度車體垂直運(yùn)動(dòng)加速度

改變車體懸掛系統(tǒng)和輪胎的參數(shù)，車體垂直加速度變化的功率譜密度情況如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4可知，改變懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)會(huì)給車體垂直加速度帶來(lái)明顯的影響。隨著剛度系數(shù)的增加，車體振動(dòng)增強(qiáng)，加速度不斷增大，功率譜密度峰值增加幅度大，所以，減小懸掛系統(tǒng)的剛度可以改善車體的平順性。

由圖5可知，改變懸掛系統(tǒng)阻尼系數(shù)可以在一定程度上減小車體振動(dòng)情況，其加速度的功率譜密度峰值隨著阻尼系數(shù)的增大而減小。但是，在高頻區(qū)，其加速度功率譜密度隨著阻尼系數(shù)的增大而小幅增大。

圖4 改變懸掛剛度的情況

圖5 改變懸掛阻尼的情況

圖6 改變輪胎剛度的情況

由圖6可知，改變輪胎的剛度系數(shù)對(duì)車體振動(dòng)情況的影響比較小，其加速度的功率譜密度峰值并未發(fā)生較大的變化。但是，在低頻段，隨著輪胎剛度系數(shù)的增加，其加速度功率譜密度會(huì)隨之升高。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改變懸掛系統(tǒng)和輪胎參數(shù)，工作人員可以初步了解各參數(shù)對(duì)車體垂直加速度的影響，從而為改善車體平順性提供理論支撐，為基于車體底盤開(kāi)展更深入的研究打好基礎(chǔ)。

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〔編輯：白潔〕

U463.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.006

2095-6835（2017）13-0006-03

崔彧青（1993—），男，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別與智能控制。