Research on Dynamic Simulation of Eight Degrees of Freedom Automobile Model
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摘要: 汽车振动系统是一个非常复杂的系统. 为达到准确反映整车振动情况，基于一定假设，在Matlab软件中利用牛顿法建立某汽车八自由度振动模型. 分析整车动态时域响应特性，基于滤波白噪声和二阶Pade算法，建立四轮相关路面模型. 验证路面精确度，并将其作为激励输入整车振动模型，利用Newmark显式积分法进行求解，将各响应量时域信号转化为频域响应信号并与该振动系统的频域仿真对比. 结果证明该模型的可靠性好，求解速度快. 进一步研究车身质心位置、悬架刚度、轮胎刚度和悬架阻尼等因素对驾驶员与车身质心处舒适性的影响，并基于原车参数提出改善整车舒适性的建议.
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关键词:
- 平顺性 /
- 整车 /
- 二阶Pade算法 /
- Newmark显式积分
Abstract: The vehicle vibration system is a very complex system. In order to accurately reflect the vibration of the whole vehicle, based on certain assumptions, the eight degrees of freedom vibration model for a car was established by using Newton method in Matlab software. Based on the analysis of vehicle dynamic response characteristics in time domain, a four-wheel correlation road model was established based on filtered white noise and the second-order Pade algorithm. The accuracy of the road surface was verified, and it was used as the excitation input to the vehicle vibration model. The Newmark explicit integration method was used to solve the problem. The time-domain signal of each response was transformed into the frequency-domain response signal, and compared with the frequency-domain simulation of the vibration system. The results show that the model has good reliability and fast solution speed. Furthermore, the influences of the position of body mass center, suspension stiffness, tire stiffness and suspension damping on the comfort of driver and body centroid were further studied. Based on the original vehicle parameters, suggestions for improving vehicle comfort were put forward.-
Key words:
- riding comfort /
- vehicle /
- second-order Pade algorithm /
- Newmark explicit integration
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图 2 四轮汽车B级路面不平度模拟曲线
Figure 2. Simulation curve of B class road roughness for four-wheel automobile
表 1 某轿车的主要性能参数
Table 1. Main performance parameters of a car
参数 数值 车身质量${m_{\rm{s}}}/{\rm{kg}}$ 1 000 车身俯仰转动惯量$ {J_{{y}}}/ ({\rm{kg \cdot {m^2}}}) $ 803 车身侧倾转动惯量$ {J_{{x}}}/({\rm{kg \cdot {m^2}}}) $ 429 前轮簧下质量${m_{{\rm{wf}}} }/{\rm{kg}}$ 59 后轮簧下质量${m_{{\rm{wr}}} }/{\rm{kg}}$ 53 驾驶员及座椅质量${m_{{\rm{zy}}} }/{\rm{kg}}$ 60 前、后轮胎刚度$ {k}_{{\rm{tf}}}$、${k}_{{\rm{tr}}}/({\rm{N \cdot m^{-1}}})$ 96 000 前悬架刚度${k_{{\rm{sf}}} }/({\rm{N \cdot m^{-1}}})$ 16 500 后悬架刚度${k_{{\rm{sr}}} }/({\rm{N \cdot m^{-1}}})$ 14 500 驾驶员座椅刚度${k_{{\rm{zy}}} }/({\rm{N \cdot m^{-1}}})$ 8 000 前、后悬架阻尼$ {c}_{{\rm{sf}}}$、${c}_{{\rm{sr}}}/({\rm{N\cdot s \cdot m^{-1}}})$ 1 140 驾驶员座椅阻尼${c_{{\rm{zy}}} }/({\rm{N \cdot s\cdot m^{-1}}})$ 350 前轴到车身质心距离$a/{\rm m}$ 0.894 后轴到车身质心距离$b/{\rm m}$ 1.446 前、后轮距$ B/{\rm m} $ 1.4 驾驶员座椅中心到横轴的距离${l_{{x}}}/{\rm m}$ 0.331 驾驶员座椅中心到纵轴的距离${l_{{y}}}/{\rm m}$ 0.35 
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表 2
${a_w}$ 与人主观感觉的关系Table 2. Relationship of
${a_w}$ and people′s subjective feeling${a_w}$ 人主观感受 <0.315 没有不舒适 0.315～0.63 有些不舒适 0.5～1.0 相当不舒适 0.8～1.6 不舒适 1.25～2.5 很不舒适 >2.0 极不舒适
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图(11) / 表(2)
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