基于虚拟激励法的三轮机动车振动分析精.docx

1、基于虚拟激励法的三轮机动车振动分析精第卷第期农业装备与车辆工程年月：基于虚拟激励法的三轮机动车振动分析刘文晓卢玉传刘灿昌（山东省淄博市山东理工大学交通与车辆工程学院；北京市中国北方车辆研究所）摘要】应用虚拟激励法分析求解三轮机动车在路面随机激励下的振动响应。建立了三轮机动车七自由度振动模型。并用能量法推导其振动微分方程。由虚拟激励法推导系统振动响应量的功率谱密度，求解系统振动响应量功率谱密度，给出应用虚拟激励法求解汽车随机振动的计算实例。该计算方法在一定程度上反映出汽车振动性能和平顺性好坏为三轮机动车的平顺性和安全性设计提供理论参数计算依据。关键词三轮机动车；平顺性；随机振动；虚拟激励法中图分

2、类号文献标志码文章编号（），（，；，）；引言三轮机动车作为一种廉价而且便利的交通工具，在中国交通运输业中起到重要作用。由于三轮机动车结构简单减震效果差，且多行驶于路况较差的路面。研究其平顺性和舒适性具有十分重要的意义。分析文献还较为少见。文献【建立三轮机动车跨越障碍物的侧翻动力学模型，应用动力学理论对车辆侧翻现象进行分析。赵武云等【建立了以板壳单元为基本单元的三轮农用运输车机架有限元计算模型，利用有限元分析软件对其进行了静态、自由振动和随机振动分析。本文考虑驾驶室人椅系统，建立了三轮机动车七自由度振动模型，利用能量法推导了三轮机动车振动微分方程。由车辆路面不平度引起的竖向激励构造虚拟路面加速度

3、激励，应用虚拟激励法推导系统振动响应量的功率谱密度公式，求解系统振动响应量的功率谱密度，给出应用虚拟激励法求解汽车随机振动的计算实例。随着人们对汽车舒适性和安全性要求的提高车辆行驶振动的研究已经成为当今汽车研究的热点之一。虚拟激励法（简称）作为一种将平稳随机振动分析转化为简谐振动分析，将非平稳随机振动分析转化为确定性时间历程分析的算法，在汽车振动分析中得到广泛应用【刎。三轮机动车的建模和振动三轮机动车七自由度振动模型建立利用拉格朗日方程得到三轮机动车七自由度收稿日期：修回日期：万方数据农业装备与车辆工程矩车辆模型的动力学方程（模型如图所示）。三轮机动车在水平路面做匀速直线运动时，其动能表示为后

4、如），耵后可矿一功】下后牡耐一（斗中夙）】下扛仁妒一夙）二厶难丁，。弘嘶孑靠刍了，。缸一妒回以】（）却？（）式中：订，矿，矗。，。前轮等效刚度、前轮上方悬架刚度、后轮每个车轮等效刚度和后轮上方悬架刚度；尼。座椅刚度；驾驶员质心到戈轴式中：，吼，矾车辆悬挂质量、前轮质心的轴的转动惯量和车身绕通过质心的轴的量、后轮质量和座椅质量；厶、卜车身绕通过质距离；卜座椅到车辆质心的水平距离；车转动惯量；彳车辆悬挂质量竖向位移；，州，前轮竖向位移、左后轮竖向位移和右后轮车辆悬挂质量俯仰角位移；二，座椅竖向位移；车平动动能。辆质心到前轮的距离；车辆质心到后轮的距离；左右两侧后轮到车辆纵向对称面的距离。三轮机动车

5、在水平路面上做匀速直线运动时，系统阻尼力和外力做功的表达式为竖向位移；卜车辆悬挂质量侧向角位移；妒跏乞（妞矿胁。妞扩厂。庐（厂一（缸）一。垆（缸）曲舡）一。泌（缸）心盯一一妒回妒一妒功卜一（妒钒）】。一妒夙）卜如。一妒一夙）瞳。一妒一夙）卜，一妒回一。科一妒功瓦（）式中：各广义坐标对应的广义力；（）轮胎受到的外力（江，）；盯，。，常轮等效阻尼、前轮上方悬架阻尼、后轮每个车轮等效阻尼、后轮上方悬架阻尼；驾驶室座椅阻尼器的阻尼系数。引入拉格朗日方程面（西）一（其中：。）（）将式（）、（）、（）代人式（）得到三轮机动车七自由度车辆模型的动力学方程沏】彳）陬】）。（）图三轮车辆模型（）三轮车振动模型（

6、）三轮车平面图三轮机动车在水平路面做匀速直线运动时，忽略其重力势能的影响，三轮机动车总势能为丁后矿咖）吆，丁厅埘舭，驯鼽肛巨万方数据第卷第期刘文晓等：基于虚拟激励法的三轮机动车振动分析后，础矿诫一础七；删倒纸嘲唾一一一后后占一，舭嘶娠慨执，。一厂卜一如，如，！，毋日矿￥打，一如。忙），妒，。妒，叫，。，。）；矿（）（）（）。方程（）即是三轮机动车七自由度车辆模型的动力学方程。虚拟激励算法三轮机动车七自由度车辆模型振动分析中应用以虚拟简谐激励戈、“代替随机激励则相应的响应量“。因此，庐。，翊庐。其中：上标“”表示复共轭【。车辆由路面不平度引起的竖向激励，相当于结构物受竖向地震作用，加速度激励谱为

7、）山。）（）运动微分方程（）转化为，托）七】）一【，以】）“）（）式中：一惯性力指标向量，本模型取假，）；讯）路面不平度引起的竖向加速度。构造虚拟路面加速度激励以）、俪“（）设该系统无阻尼模态矩阵为，作模态变换）珏（）（）式中：（）（），（）是系统广义模态坐标向量。将式（）代人方程（），然后左乘，并假定阻尼矩阵关于模态矩阵正交，则得广义模万方数据一一打一以“一七矿矿也妣枷她“如。后“七一一一，飞。如。川。，慨。以态坐标运动方程旷）一（）、。（）血（）式中：；。】；】妒妒。方程（）可写为解耦的主受迫振动方程。暂。“。（）。、）妇（，）（）式中：广一系统第阶无阻尼自振圆频率，。面；卜第阶模态阻尼比，玉瓦面；广一第阶振型参与系数，渺】。求解式（），并代人式（）得到实际系统受迫振动的响应：）一俪“（）式中：爵丽面万（，）（）令山肠。，则。告摩书（）其中肛丽面丽矛；静。由功率谱矩阵的表达式可知】仁】（）由式（）和（）得到所需的响应功率谱矩阵阪雠忙降珊妒饵瓴和）（）算例分析以某型号三轮汽车为仿真算例，已知车辆的农业装备与