Scientific Journal of Control Engineering June 2013, Volume 3 Issue 3, PP.206-212
Research the Nonlinear Dynamic Model of the 4X4 Vehicle Yijie Chen#, Guanhui Zheng, Haijie Ju, Jianjuan Guo, Xiaoling Han China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China #
Email: Chenyijie1206@163.com
Abstract The nonlinear dynamic modeling of 4X4 vehicle was researched in this article, the mass, damping and stiffness matrices were deduced through the lagrange theorem. On the other, the model transfer function was got by fourier transform of differential equations. The random excitation coherence function of 4 wheels and the power spectrum matrix were researched for the model simulation. The performance evaluation system of vehicle suspension system was derived, and the regular of vibration acceleration of the vehicle body in different road conditions and vehicle speeds by damping ratio were given, it provides theoretical basis for the design of components. Keywords: Vehicle Dynamics; Random Excitation; Power Spectral Density; Acceleration of Vibration
4X4 汽车动力学建模分析研究* 陈轶杰,郑冠慧,鞠海洁,郭建娟,韩小玲 中国北方车辆研究所,北京 100072 摘 要:开展了 4X4 整车动力学建模研究,运用拉格朗日定理推导并整理出质量、阻尼和刚度矩阵,通过对微分方程组 进行傅立叶变换得出了模型的传递函数。针对车辆随机激励的路面输入进行了分析,考虑了 4 轮车辆中各轮路面激励的 相干性,给出了相干函数,推导了普遍的四轮车辆输入功率谱矩阵,为开展仿真分析奠定了基础。提出了车辆悬架系统 的性能评价体系,并完成了频域解析式推导,最后通过编程计算仿真分析了不同路面时频域的响应谱,给出了在不同路 况和车速下车体所受的振动加速度随阻尼比的变化规律,为开展零部件设计提供了理论依据。 关键词:车辆动力学;随机激励;功率谱密度;振动加速度
引言 为了对汽车的动力学特性进行分析,必须首先建立汽车的动力学模型。汽车的振动系统十分复杂,其 动力学模型和响应也是众多因素综合作用的结果,因此汽车的动力学分析通常采用某些简化条件后使用低 自由度模型。一般通常采用二自由度 1/4 车模型,四自由度半车模型和七自由度全车模型。 为了对汽车行驶动力学有更深入的了解,以 4X4 越野车的参数为基础建立七自由度整车模型。其中假 定车身是一个刚体,那么汽车在水平面上运动时,车身具有上下跳动、俯仰和侧倾三个自由度;四个车轮 分别具有垂直方向运动的自由度。 悬挂系统数学模型的建立是研究车辆动态响应及控制的基础。在各种车辆悬挂系统设计中,模型建立 和分析过程通常分为三个阶段:车辆悬挂模型的选择、路面输入的描述、性能指标的选择。
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整车动力学建模
1.1 物理模型的建立 由于 4X4 越野车前后桥均为双横臂独立悬挂。因此可以建立如图 1 所示的七自由度整车模型,设 O 为 *
基金资助:受北京市科技新星计划支持资助(2010B090)。通讯作者:陈轶杰(1980-),男,汉族,博士,高级工程师, 车辆振动。 - 206 http://www.sj-ce.org/