[发明专利]货车前轮摆振系统横向减振器最佳速度特性的设计方法

摘要

本发明涉及货车前轮摆振系统横向减振器最佳速度特性的设计方法，属于货车前轮摆振系统技术领域。本发明通过建立货车前轮摆振系统三自由度行驶振动模型，计算得到横向减振器的最优阻尼系数，并利用前轮摆振系统横向减振器的平安比和双向比，对横向减振器的最佳速度特性进行设计，得到设计所要求的横向减振器复原行程和压缩行程的非线性分段特性曲线。通过设计实例及减振器特性试验验证可知，该方法可得到准确可靠的货车前轮摆振系统横向减振器的最佳速度特性曲线，为货车前轮摆振系统横向减振器速度特性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及车辆行驶安全性，还可降低设计及试验费用，缩短产品开发周期。

主权项

货车前轮摆振系统横向减振器最佳速度特性的设计方法，其具体步骤如下：(1)确定横向减振器的最优阻尼系数C：①横向减振器最小临界阻尼系数Cmin的设计：I步骤：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系数C1，转向柱等效角阻尼系数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，确定赫尔维茨稳定性判据的特征方程式，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‑2kq0q1‑Rkq1(Rk+βρ)](q6+3q2)‑4Ckq0q1ρv+ρv[(q3q9+q2q12)ρv+2kq3q12](q6‑q2)+2βk2q8ρ2v(2Rq0+q8q9)+ρv[(q2q9+Jq3)ρv+2k(q3q9+q2q12)](q7‑q3)‑2βq1q8ρk2(q0+Rβρ)+[(Cq9+Iq12+Jkq8)ρ2v2+kq8q9ρv(k+βρ)+kq12ρ(2Cv+βkq8)](q7+q3)+ρv[(Cq12+kq8q9)ρv+kq8q12(k+βρ)](q6+q2)+2ρ2v2(q0+Rk)(Cq0‑Iq1)+[2kq02ρv‑k2q1(q0+Rρ)+Rkq0ρv(kq0+βρ)](q7+3q3)+2kq8ρ2v2(Cq9+Iq12)+ρv[2kq8(Cq12+q02)‑2CRkq1](k+βρ)+(C2q12+Jk2q82)ρ2v2+β2k2q82q12ρ2；a7＝[(q0ρv‑2kq1+Rkρv)q0ρv‑Rkq1v(k+βρ)](3q3+q7)‑2kq0q1q8ρv(k+βρ)+[(Cq12+q3q9+kq8q9)ρ2v2+kq8q12ρv(k+βρ)](q3+q7)+kq8ρ2v2(kq8q9+2Cq12)+2ρ2v2(kq8q0‑Cq1)(q0+Rk)+2βk2q8ρ2v(q8q12‑2Rq1)+kq8q12ρ2v2(q2+q6)‑q1ρ2v2(q0+Rk)(3q2+q6)+q12ρv(q2ρv+2kq3)(q7‑q3)+q3q12ρ2v2(q6‑q2)；a8＝kq8q12ρ2v2(q3+q7)‑q1ρ2v2(q0+Rk)(3q3+q7)+(kq8q12‑2Rkq1‑2q0q1)kq8ρ2v2+q3q12ρ2v2(q7‑q3)；其中，q0＝Iwv/R；q1＝BLKt(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＝KtB2/2+2ρR2；q12＝q10+q11；II步骤：根据I步骤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的行列式方程的正实数根，便可得到横向减振器的最小临界阻尼系数Cmin；②确定横向减振器的最大临界阻尼系数Cmax：根据转向系统的角传动比iw，液压助力转向器作用力Fh，转向盘角速度轮胎与底面积间的滑动摩擦系数fs，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，确定横向减振器的最大临界阻尼系数Cmax，即：Cmax=(3Fhd3P-fsG3P)iw6PT2θ·w;]]>③确定横向减振器的最优阻尼系数C：根据①步骤中所确定的最小临界阻尼系数Cmin，及②步骤中所确定的最大临界阻尼系数Cmax，利用黄金分割原理，确定横向减振器的最优阻尼系数C，即：C＝Cmin+(1‑0.618)(Cmax‑Cmin)；(2)确定横向减振器复原行程的初次开阀阻尼力Fk1：根据横向减振器复原行程的初次开阀速度Vk1，及步骤(1)中所确定的最优阻尼系数C，确定横向减振器复原行程的初次开阀阻尼力Fk1，即：Fk1＝CVk1；(3)确定横向减振器复原行程的最大开阀阻尼力Fk2：A步骤：根据横向减振器复原行程的平安比η，及步骤(1)中所确定的最优阻尼系数C，确定横向减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率k2，即：k2＝C/η；B步骤：根据横向减振器复原行程的初次开阀速度Vk1、最大开阀速度Vk2，A步骤中所确定的横向减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率k2，及步骤(2)中所确定的横向减振器复原行程的初次开阀阻尼力Fk1，确定横向减振器复原行程的最大开阀阻尼力Fk2，即：Fk2＝Fk1+k2(Vk2‑Vk1)；(4)确定横向减振器压缩行程的初次开阀阻尼力Fk1y：根据横向减振器的双向比βb，压缩行程的初次开阀速度Vk1y，及步骤(1)中所确定的最优阻尼系数C，确定横向减振器压缩行程的初次开阀阻尼力Fk1y，即：Fk1y＝βbCVk1y；(5)确定横向减振器压缩行程的最大开阀阻尼力Fk2y：根据横向减振器的双向比βb，压缩行程的初次开阀速度Vk1y、最大开阀速度Vk2y，步骤(3)中A步骤所确定的横向减振器复原行程最大开阀前特性曲线的斜率k2，及步骤(4)中确定的横向减振器压缩行程的初次开阀阻尼力Fk1y，确定横向减振器压缩行程的最大开阀阻尼力Fk2y，即：Fk2y＝Fk1y+βbk2(Vk2y‑Vk1y)；(6)横向减振器最佳速度特性曲线的设计：根据横向减振器复原行程的初次开阀速度Vk1、最大开阀速度Vk2，压缩行程的初次开阀速度Vk1y、最大开阀速度Vk2y，步骤(2)中所确定的横向减振器复原行程的初次开阀阻尼力Fk1，步骤(3)中确定的横向减振器复原行程的最大开阀阻尼力Fk2，步骤(4)中确定的横向减振器压缩行程的初次开阀阻尼力Fk1y，及步骤(5)中确定的横向减振器压缩行程的最大开阀阻尼力Fk2y，设计得到横向减振器的最佳速度特性曲线。