悬挂系统参数对车体平顺性影响研究

崔彧青，张 晨

（装甲兵工程学院，北京 100072）

悬挂系统参数对车体平顺性影响研究

崔彧青，张 晨

（装甲兵工程学院，北京 100072）

以某型号步兵战车为研究对象，战车在D级路面以7 m/s的速度行驶，改变悬挂系统参数，得到不同参数下车体垂直加速度变化情况和功率谱密度分布情况，并对其进行分析，得到了不同参数对车体平顺性的不同影响。仿真研究为改善车体行驶过程中的平顺性和后续基于底盘的研究打下了坚实的基础，也能为日后的相关工作提供借鉴和参考。

悬挂系统；车体垂直加速度；功率谱密度；刚度系数

悬挂系统作为车辆重要的组成部分，它对车辆行驶过程中的平顺性起着决定性作用。为了更好地了解车辆悬挂系统对车体平顺性的影响，现对车体悬挂系统进行建模仿真，研究不同悬挂参数对车体振动造成的影响。

1 路面激励输入建模

为了对车体的悬挂系统进行动力学仿真，首先对悬挂系统的激励输入——路面不平度建模仿真。在道路工程相关领域，对路面不平的程度描述主要通过路面不平度这一参数进行量化。路面不平度的功率谱密度Gq（n）的拟合表达式为：

式（1）中：n为空间频率，其物理含义为信号波长的倒数m-1；n0为参考空间频率，其值一般取n0＝0.1m-1；ω为频率指数，ω＝2；Gq（n0）为参考空间频率下的路面谱密度值，又被称为路面不平度系数。

车体振动还与车体的运动速度有关，当车体以速度ν驶过空间频率n的路面不平度时，输入的时间频率与空间频率的关系为：

由此，在一定车速下，时间频率功率谱密度为：

在D级路面下，以7 m/s的速度行驶，车辆的路面激励输入时域如图1所示。

2 车体动力学建模

本文以某型战车底盘为研究对象，将其底盘近似简化为图2所示的样子。

图2中，ki为第i个悬挂系统的弹性系数；ci为第i个悬挂系统的阻尼系数；kti为第i个轮胎的弹性系数；qi为第i个轮胎所处路面的路面不平度；zi为第i个车轮相对于静平衡位置的垂直位移大小；mi为第i个轮胎的轮胎质量；li为第i个轮胎轴心距悬挂质量质心所在垂面的距离；为车体垂直运动位移、速度、加速度大小；mc为车体质量。

图1 D级路面下7 m/s速度行驶的路面激励输入图

图2 车体底盘简化模型

图2中，坐标系选取规则如下：①车辆以速度ν行驶，选取车辆静止平衡时耳轴中心为车身的坐标原点，速度的方向为x轴正方向，垂直向上方向为y轴正方向；②车辆两侧各车轮相对于静平衡位置的垂直位移为zi（i＝1，2，3，4），其轴心相对于车身坐标系原点的距离为li，且位于x轴正方向为正，反之为负；③忽略车轮经过路面时对路面不平度的影响。

车体平顺性主要是通过车体垂直运动加速度表现的，所以，为了得到车体垂直运动加速度的变化情况，结合前人的工作基础，建立车体动力学模型，即：

求解式（4）即可得到车体运动加速度z˙c的变化情况。

3 仿真过程

3.1 仿真参数

在建模过程中，步兵战车的具体参数如表1所示。

表1 车辆悬挂系统部分参数

3.2 仿真结果

根据车体动力学模型和前期对路面激励输入的仿真，得到车体垂直加速度的变化情况，具体如图3所示。

图3 D级路面下7 m/s速度车体垂直运动加速度

改变车体悬挂系统和轮胎的参数，车体垂直加速度变化的功率谱密度情况如图4、图5、图6所示。

由图4可知，改变悬挂系统刚度系数会给车体垂直加速度带来明显的影响。随着刚度系数的增加，车体振动增强，加速度不断增大，功率谱密度峰值增加幅度大，所以，减小悬挂系统的刚度可以改善车体的平顺性。

由图5可知，改变悬挂系统阻尼系数可以在一定程度上减小车体振动情况，其加速度的功率谱密度峰值随着阻尼系数的增大而减小。但是，在高频区，其加速度功率谱密度随着阻尼系数的增大而小幅增大。

图4 改变悬挂刚度的情况

图5 改变悬挂阻尼的情况

图6 改变轮胎刚度的情况

由图6可知，改变轮胎的刚度系数对车体振动情况的影响比较小，其加速度的功率谱密度峰值并未发生较大的变化。但是，在低频段，随着轮胎刚度系数的增加，其加速度功率谱密度会随之升高。

4 结束语

通过改变悬挂系统和轮胎参数，工作人员可以初步了解各参数对车体垂直加速度的影响，从而为改善车体平顺性提供理论支撑，为基于车体底盘开展更深入的研究打好基础。

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〔编辑：白洁〕

U463.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.006

2095-6835（2017）13-0006-03

崔彧青（1993—），男，山东烟台人，硕士研究生，主要研究方向为模式识别与智能控制。