货车前轮摆振系统横向减振器最佳速度特性的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明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佳速度特 性的设计方法。
【背景技术】
[0002] 横向减振器的速度特性对货车高速行驶时的平顺性、安全性及操纵稳定性具有重 要的影响。然而，据所查阅资料可知，由于横向减振器的速度特性是非线性的，且受货车前 轮摆振系统横向减振器最佳阻尼匹配理论的制约，目前国内、外对于货车前轮摆振系统横 向减振器速度特性的设计，至今尚未给出可靠的设计方法，大都是根据货车类型，凭经验选 择几只相近类型的横向减振器，然后装车经过车辆行驶平顺性试验，最终得到与该货车相 匹配的横向减振器及速度特性。尽管该方法可得到较为可靠的横向减振器的速度特性，但 该方法只能对货车前轮摆振系统横向减振器的速度特性进行近似设计，难W使横向减振器 的阻尼匹配达到最佳。随着车辆行驶速度的不断提高，人们对货车的行驶稳定性和安全性 提出了更高的设计要求，因此，必须建立一种准确、可靠的货车前轮摆振系统横向减振器最 佳速度特性的设计方法，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。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、 可靠的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。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的货车前轮摆振系统横向减振器最佳速度 特性的设计方法，其特征在于采用W下设计步骤：
[0005] (1)确定横向减振器的最优阻尼系数C:
[0006] ①横向减振器最小临界阻尼系数Cmm的设计： 阳007]I步骤：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K3;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P;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，确定赫尔维茨稳定性判据的 特征方程式，即：
[0008]
[0009]式中，
[0021]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；
[0022] ②确定横向减振器的最大临界阻尼系数Cm。、：
[002引根据转向系统的角传动比V液压助力转向器作用力Fh，转向盘角速度兔;，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，确定横向减振器的最大临界阻尼系数Cm。、，即：
[0024]
[00巧]③确定横向减振器的最优阻尼系数C:
[0026] 根据①步骤中所确定的最小临界阻尼系数Cmm，及②步骤中所确定的最大临界阻 尼系数Cm。、，利用黄金分割原理，确定横向减振器的最优阻尼系数C，即：
[0027] C=Cmin+(l-〇.618)(Cmax-CmJ;
[0028] (2)确定横向减振器复原行程的初次开阀阻尼力Fki:
[0029] 根据横向减振器复原行程的初次开阀速度Vki，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Fki，即：
[0030] Fki=CVki;
[0031] (3)确定横向减振器复原行程的最大开阀阻尼力Fk2: 阳〇巧 A步骤：根据横向减振器复原行程的平安比n，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：
[0033] k2=C/n;
[0034] B步骤：根据横向减振器复原行程的初次开阀速度Vki、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Fki，确定横向减振器复原行程的最大开阀阻尼力Fk2， 即：
[0035] Fk2=Fki+kz(Vk2-Vki);
[0036] (4)确定横向减振器压缩行程的初次开阀阻尼力Fkiy:
[0037] 根据横向减振器的双向比Pb，压缩行程的初次开阀速度Vkiy，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Fkly，即： 阳〇38]Fkiy= 0bCVkly;
[0039] (5)确定横向减振器压缩行程的最大开阀阻尼力Fk2y: W40] 根据横向减振器的双向比Pb，压缩行程的初次开阀速度Vkly、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Fkly，确定横向减振器压缩行程的最大开 阀阻尼力Fk2y，即：
[0041] Fk2y=Fkly+0bk2(Vk2y-Vkly);
[0042] (6)横向减振器最佳速度特性曲线的设计：
[0043] 根据横向减振器复原行程的初次开阀速度Vki、最大开阀速度Vk2,压缩行程的初次 开阀速度Vkly、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Fki，步骤做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Fkly，及步骤巧）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。
[0044] 本发明比现有技术具有的优点：
[0045] 由于横向减振器的速度特性是非线性的，且受货车前轮摆振系统横向减振器最佳 阻尼匹配理论的制约，目前国内、外对于货车前轮摆振系统横向减振器速度特性的设计，至 今尚未给出可靠的设计方法，大都是根据货车类型，凭经验选择几只相近类型的横向减振 器，然后装车经过车辆行驶平顺性试验，最终得到与该货车相匹配的横向减振器及速度特 性。尽管该方法可得到较为可靠的横向减振器的速度特性，但该方法只能对货车前轮摆振 系统横向减振器的速度特性进行近似设计，难W使横向减振器的阻尼匹配达到最佳。
[0046] 本发明通过建立货车前轮摆振系统=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，不仅可提高横向减振器的设计水平和质量，提高车辆 的行驶稳定性和安全性；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】
[0047] 为了更好地理解本发明下面结合附图做进一步的说明。
[0048] 图1是货车前轮摆振系统横向减振器最佳速度特性设计方法的设计流程图；
[0049] 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；
[0050] 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；
[0051] 图4是实施例的前轮摆振系统横向减振器的最佳速度特性设计曲线；
[0052] 图5是实施例的前轮摆振系统横向减振器试验所测得的速度特性曲线。 具体实施方案
[0053] 下面通过一实施例对本发明做进一步详细说明。
[0054] 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，转向柱等效角阻尼〇3 =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=