本发明专利技术涉及货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼系数的设计方法，属于货车前轮摆振系统技术领域。本发明专利技术通过利用赫尔维茨稳定性判据，计算得到横向减振器的最小临界阻尼系数，并根据轮胎原地转向阻力、横向减振器阻尼力和液压助力转向器力之间的关系，计算得到横向减振器的最大临界阻尼系数，然后，利用黄金分割原理，设计得到横向减振器的最优阻尼系数。通过设计实例及Matlab/Simulink仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的横向减振器的最优阻尼系数设计值，为货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼系数的设计提供了可靠的设计方法。利用该方法，不仅可提高货车横向减振器的设计水平和车辆的行驶安全性，还可降低设计及试验费用，缩短产品开发周期。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及货车前轮摆振系统，特别是货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼系 数的设计方法。
技术介绍
横向减振器能够有效抑制货车高速行驶时的前轮摆振运动，显著改善车辆的行驶 平顺性、安全性及操纵稳定性。然而，由于货车前轮摆振系统属于多自由度振动系统，对其 进行动力学分析计算非常复杂，据所查阅资料可知，目前国内、外对于货车前轮摆振系统横 向减振器阻尼系数的设计，一直未能给出可靠的解析设计方法，大都是采用实验、Matlab/ Simulink建模仿真或Adams多体动力学软件建模仿真的方法对其进行设计，尽管该方法可 得到比较可靠的仿真数值，使车辆具有较好的动力性能，然而，由于该方法需要进行计算机 建模优化设计和计算，很难让减振器工程设计人员掌握，此外，该方法不能够提供精确的解 析计算式，不能实现解析设计，更不能满足货车前轮摆振系统横向减振器CAD软件开发的 要求。随着车辆行驶速度的不断提高，人们对车辆行驶稳定性和安全性提出了更高的设计 要求，因此，必须建立一种精确、可靠的货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼系数的设计 方法，满足货车前轮摆振系统横向减振器设计的要求，提高产品设计水平和质量，提高车辆 行驶平顺性和安全性；同时，降低设计及试验费用，加快产品开发速度。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简便、 可靠的，其设计流程图如图1所 示；货车前轮摆振系统=自由度行驶振动模型的前轮摆振系统图如图2所示，货车前轮摆 振系统S自由度行驶振动模型的前桥简化系统图如图3所示。 为了解决上述技术问题，本专利技术所提供的货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼 系数的设计方法，其特征在于采用W下设计步骤： (1)确定前轮摆振系统赫尔维茨稳定性判据的特征行列式：[000引根据转向横拉杆当量角刚度Ki，前轮转向系统转向柱当量角刚度而;转向横拉杆 等效角阻尼。，转向柱等效角阻尼C3;待设计横向减振器的阻尼系数C;车辆悬架系统垂向 刚度K2,减振器等效阻尼系数C2;轮胎垂向刚度Kt，侧向刚度P，侧偏刚度k，机械拖矩0 ; 左、右前轮绕主销的转动惯量I，车轮绕自身轴线的转动惯量1?，前桥绕侧倾轴线的转动惯 量J;转向节的臂长di，梯形臂的臂长d2,横向减振器的摆臂T，前悬架两弹黃中屯、之间的距 离Bf，主销中屯、到车轮中屯、平面的距离L轮距B，车轮半径R;主销后倾角a;轮胎滚动阻 力系数f;车辆行驶速度V;利用货车前轮摆振系统S自由度行驶振动模型，W左前轮的摆 振角0 1、右前轮的摆振角0 2，车身的侧倾角为坐标，确定前轮摆振系统赫尔维茨稳定性 判据的特征行列式，即： (2)确定赫尔维茨稳定性判据特征行列式的特征方程式： 根据步骤（1)中所确定的特征行列式D(s)，将其展开，确定赫尔维茨稳定性判据 特征行列式的特征方程式，即： 做横向减振器最小临界阻尼系数Cmi。的设计： 根据步骤（2)中所确定的特征方程式，利用赫尔维茨稳定性判据及货车前轮摆振 系统稳定性的临界条件，求解关于C的行列式方的正 实数根，便可得到横向减振器的最小临界阻尼系数Cmm; (4)横向减振器最大临界阻尼系数Cmax的设计： 根据转向系统的角传动比V液压助力转向器作用力Fh，转向盘角速度咬.，轮胎与 底面积间的滑动摩擦系数fg，转向轴负荷G，轮胎气压P，横向减振器的摆臂T，及转向横拉 杆到主销的力臂长度d3,利用轮胎原地转向阻力、横向减振器阻尼力和液压助力转向器力 之间的关系，对横向减振器的最大临界阻尼系数CmJi行设计，即： (5)横向减振器最优阻尼系数C的设计： 根据步骤（3)中所确定的横向减振器的最小临界阻尼系数Cmi。，及步骤（4)中确定 的横向减振器的最大临界阻尼系数Cm。、，利用黄金分割原理，对横向减振器的最优阻尼系数 C进行设计，即： C=Cmin+ (1-0. 618) (Cmax-CmJ。 本专利技术比现有技术具有的优点： 由于货车前轮摆振系统属于多自由度振动系统，对其进行动力学分析计算非常复 杂，据所查阅资料可知，目前国内、外对于货车前轮摆振系统横向减振器阻尼系数的设计， 一直未能给出可靠的解析设计方法，大都是采用实验、Matl油/Simulink建模仿真或Adams多体动力学软件建模仿真的方法对其进行设计，尽管该方法可得到比较可靠的仿真数值， 使车辆具有较好的动力性能，然而，由于该方法需要进行计算机建模优化设计和计算，很难 让减振器工程设计人员掌握，此外，该方法不能够提供精确的解析计算式，不能实现解析设 计，更不能满足货车前轮摆振系统横向减振器CAD软件开发的要求。 本专利技术通过利用赫尔维茨稳定性判据，计算得到横向减振器的最小临界阻尼系 数，并根据轮胎原地转向阻力、横向减振器阻尼力和液压助力转向器力之间的关系，计算得 到横向减振器的最大临界阻尼系数，然后，利用黄金分割原理，设计得到横向减振器的最优 阻尼系数。通过设计实例及Matl油/Simulink仿真验证可知，该方法可得到准确可靠的横 向减振器的最优阻尼系数设计值，为货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼系数的设计提 供了可靠的设计方法。利用该方法，不仅可提高横向减振器的设计水平和质量，提高货车高 速行驶的稳定性和安全性；同时，还可降低设计及试验费用，缩短产品开发周期。【附图说明】 为了更好地理解本专利技术下面结合附图做进一步的说明。图1是货车前轮摆振系统横向减振器阻尼系数设计方法的设计流程图； 图2是货车前轮摆振系统S自由度行驶振动模型的前轮摆振系统图；图3是货车前轮摆振系统S自由度行驶振动模型的前桥简化系统图。 具体实施方案 下面通过一实施例对本专利技术做进一步详细说明。[004引某货车的转向横拉杆当量角刚度Ki= 49.IkN.m/rad，前轮转向系统转向柱当量角 刚度而=30. 41kN.m/rad;转向横拉杆等效角阻尼Ci= 30N.m.s/rad，转向柱等效角阻尼03 =70N.m.s/rad;悬架系统垂向刚度K2= 6. 06kN.s/m，减振器等效阻尼系数C2= 1. 72kN. s/m;轮胎垂向刚度Kt= 850kN/m，侧向刚度P= 190kN/m，侧偏刚度k= 94kN.m/rad，机械 拖矩P=0.06m;左、右前轮绕主销的转动惯量I= 20kg.m2,车轮绕自身轴线的转动惯量 1"= 12. 9化g.m2,前桥绕侧倾轴线的转动惯量J= 31. 88kg.m2;转向节的臂长d1= 0. 85m， 梯形臂的臂长d2=Im，横向减振器的摆臂T= 0. 15m，前悬架两弹黃中屯、之间的距离Bf= 0. 74m，主销中屯、到车轮中屯、平面的距离L= 0. 07m，轮距B= 1. 608m，车轮半径R= 0. 48m; 主销后倾角a=0.012rad;轮胎与底面积间的滑动摩擦系数t=0.7,轮胎滚动阻力系数 f= 0. 015 ;转向系统的角传动比i"= 16,转向盘角速度或:=6.25rad、液压助力转向器作用 力Fh= 3500N，转向轴负荷G= 6000N，轮胎气压P= 0. 25MPa，转向横拉杆到主销的力臂长 度d3= 0. 18m，横向减振器的摆臂T= 0. 15m;待设计横向减振器的阻尼系数为C。该货车 前轮摆振系统横本文档来自技高网...
【技术保护点】
货车前轮摆振系统横向减振器最优阻尼系数的设计方法，其具体步骤如下：(1)确定前轮摆振系统赫尔维茨稳定性判据的特征行列式：根据转向横拉杆当量角刚度K1，前轮转向系统转向柱当量角刚度K3；转向横拉杆等效角阻尼C1，转向柱等效角阻尼C3；待设计横向减振器的阻尼系数C；车辆悬架系统垂向刚度K2，减振器等效阻尼系数C2；轮胎垂向刚度Kt，侧向刚度ρ，侧偏刚度k，机械拖矩β；左、右前轮绕主销的转动惯量I，车轮绕自身轴线的转动惯量Iw，前桥绕侧倾轴线的转动惯量J；转向节的臂长d1，梯形臂的臂长d2，横向减振器的摆臂T，前悬架两弹簧中心之间的距离Bf，主销中心到车轮中心平面的距离L，轮距B，车轮半径R；主销后倾角α；轮胎滚动阻力系数f；车辆行驶速度v；利用货车前轮摆振系统三自由度行驶振动模型，以左前轮的摆振角θ1、右前轮的摆振角θ2，车身的侧倾角ψ为坐标，确定前轮摆振系统赫尔维茨稳定性判据的特征行列式，即：D(s)=q1-q0s-q2s-q3Is2+(q6+CT2)s+q70q8q1-q0sIs2+(q2+CT2)s+q3-q2s-q3q80Js2+q9s+q12q0q0RR0ρvk+ρkβs0-ρv-ks000ρvk+ρkβs0-ρv-ks;]]>其中，q0=IwvR;]]>q1＝BKtL(α‑f)/2+ραR2；q2=C1d22;q3=K1d22;q4=C3d12;]]>q5=K3d12;]]>q6＝q2+q4；q7＝q3+q5；q8＝αR+β；q9=C2Bf2/2;q10=K2Bf2/2;]]>q11＝B2Kt/2+2ρR2；q12＝q10+q11；(2)确定赫尔维茨稳定性判据特征行列式的特征方程式：根据步骤(1)中所确定的特征行列式D(s)，将其展开，确定赫尔维茨稳定性判据特征行列式的特征方程式，即：a0s8+a1s7+a2s6+a3s5+a4s4+a5s3+a6s2+a7s+a8＝0；式中，a0＝JI2k2；a1＝2JIk2C+I2k2q9+2I2Jkρv+JIk2(q2+q6)；a2＝I2k2q12+C2Jk2+2CIk2q9+(2JIkρv+Jk2q2+CJk2+Ik2q9)(q2+q6)+JIk2(q3+q7)+JI2ρ2v2+(2I2kq9+4CIJk)ρv+2JIβk2q8ρ；a3＝(Ik2q9+CJk2+2IJkρv)(q3+q7)+Jk(kq3+2ρvq2)(q6‑q2)+Jk2q2(q7‑q3)+2Ik2q0(q0+Rβρ)+[k2q2q9+Ik2q12+Ck2q9+IJρ2v2+Jk2βρq8+2kρv(CJ+Iq9)](q2+q6)+Ck2(Cq9+2Iq12)+2kρ(βkq8+Cv)(CJ+Iq9)+2JIkq8ρv(k+βρ)+Iρ2v2(2CJ+Iq9)+2I2kq12ρv；a4＝k2q0(q0+Rβρ)(3q2+q6)+kq2(kq2+2Jρv)(q7‑q3)+2βk2q8ρ(Cq9+Jβρq8)+[k2(q3q9+q2q12)+2kρv(Jq3+q2q9)+Jq2ρ2v2](q6‑q2)+Iρ2v2(2Jkq8+Iq12)+[ρ2v2(JC+Iq9)+Jkq8ρv2(k+βρ)+βk2q8q9ρ+2kρv(Cq9+Iq12)](q6+q2)+Cρ2v2(CJ+2Iq9)+k2q12(2Iq8βρ+C2)+(2q0k2+2Rβk2ρ)(Cq0‑Iq1)+[Ck2q9+Ik2(q12+q3)+IJρ2v2+Jk2βρq8+2kρv(CJ+Iq9)](q3+q7)+[2IRkq0ρv+2kq8ρv(CJ+Iq9)](k+βρ)+kρv(2C2q9+4Iq02+CIq12)；a5＝q9ρ2v2(C2+2Ikq8)+[(2kq02ρv+Rρvq0k)(k+βρ)‑k2q1(Rβρ+q0)](3q2+q6)+[(CJ+Iq9)ρ2v2+(k+βρ)Jkρvq8+k2q9(βρq8+q3)+2kρv(Cq9+Iq12)](q3+q7)+ρv[(Cq9+Iq12)ρv+2kq12(q2+C)+kq8q9(k+βρ)+(Jkq8‑q2q9)ρv](q2+q6)+[(Jq2ρv+2kq2q9ρv+2Jkq3)ρv+k2q2q12](q7‑q3)+k2β2ρ2q8(2Rq0+q8q9)+q3[(Jρv+2kq9)ρv+k2q12](q6‑q2)+2k2βρ(Cq8q12‑CRq1+q8q02)+2kρv[q8(Cq9+Iq12)+R(k+βρ)](Cq0‑Iq1)+k2q0(Rβρ+q0)(q7+3q3)+2Jkq8ρv2(Cρ+βkq8)+2Iq0ρ2v2(Rk+q0)+2Cq12ρv(Ck+Iρv)‑2Ck2q0q1；a6＝ρv[(q0+Rk)q0ρv...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周长城，提艳，赵雷雷，于曰伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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