汽车平顺性与悬架系统设计PDF电子书下载

第1章 车辆简化模型及振动 1

1.1 车辆振动简化模型 1

1.2 单质量车身振动及特性 3

1.2.1 单质量车身振动微分方程 3

1.2.2 单质量系统的自由振动响应 3

1.2.3 单质量系统在简谐激振力下的响应 4

1.2.4 单质量系统在单位谐波函数激励下的响应 7

1.2.5 单质量系统振动响应的傅里叶积分法 8

1.2.6 单质量车身在路面激励下的振动响应 8

1.3 双质量车身车轮振动 10

1.3.1 双质量系统振动微分方程 10

1.3.2 双质量无阻尼系统的自由振动 11

1.3.3 双质量振动系统的传递特性 13

1.4 双轴汽车垂直和俯仰平面振动 15

1.4.1 双轴汽车垂直振动和俯仰振动微分方程 15

1.4.2 双轴汽车振动频率响应函数及振动响应 17

1.5 “人-车”三自由度系统的振动 18

1.5.1 “人-车”系统振动模型 18

1.5.2 振动响应传递特性 19

第2章 汽车行驶振动 21

2.1 道路路面不平度的统计描述 21

2.1.1 路面谱及其分类 21

2.1.2 空间频率与时间频率功率谱密度的关系 22

2.1.3 车辆路面不平输入的功率谱密度 23

2.2 平顺性分析 25

2.2.1 系统响应量的功率谱密度和均方值 25

2.2.2 单质量系统的车辆平顺性分析 26

2.2.3 双质量系统模型的车辆平顺性分析 31

2.2.4 双质量系统参数的车辆平顺性影响分析 33

2.3 车辆平顺性及评价 37

2.3.1 汽车平顺性定义 37

2.3.2 人体对振动的反应 38

2.3.3 人体振动评价 39

2.3.4 车辆振动评价 41

第3章 汽车随机振动 48

3.1 随机振动基本概念 48

3.1.1 平稳随机振动 48

3.1.2 各态历经随机振动 49

3.2 随机振动的统计特性 49

3.2.1 幅值域（时域）特性 49

3.2.2 相关域特性 50

3.2.3 频率域特性 51

3.2.4 随机振动的概率分布 52

3.3 线性振动系统随机响应特性计算 53

3.3.1 单输入单输出系统随机响应特性计算 53

3.3.2 单（多）输入多输出系统随机响应特性计算 56

3.3.3 线性系统传递特性 57

第4章 车辆悬架系统 58

4.1 车辆悬架的作用及性能要求 58

4.1.1 车辆悬架定义 58

4.1.2 车辆悬架的作用 58

4.1.3 车辆悬架系统的性能要求 59

4.2 车辆悬架的组成 59

4.2.1 弹簧 60

4.2.2 减振器 63

4.2.3 稳定杆 65

4.3 车辆悬架的类型 66

4.3.1 非独立悬架系统 66

4.3.2 独立式悬架系统 67

4.3.3 半主动悬架系统 72

4.3.4 主动悬架系统 73

4.4 车辆悬架研究与发展状况 74

4.4.1 被动悬架的研究及发展状况 74

4.4.2 半主动悬架的研究及发展状况 75

4.4.3 主动悬架的研究及发展状况 75

第5章 悬架系统阻尼匹配 79

5.1 基于舒适性的悬架系统最佳阻尼比 79

5.1.1 单轮二自由度悬架系统响应的频响函数 79

5.1.2 车身垂直加速度均方值 80

5.1.3 基于舒适性的车辆悬架最佳阻尼比 80

5.2 基于安全性的悬架系统最佳阻尼比 81

5.3 基于舒适性和安全性的最佳阻尼比 81

5.3.1 悬架动挠度 81

5.3.2 基于舒适性和安全性的半主动悬架最佳阻尼比 82

5.3.3 路况及车速预测 84

5.4 被动悬架系统最佳阻尼可行性设计区 85

5.5 悬架系统最佳匹配减振器的阻尼特性 86

5.5.1 悬架系统最佳阻尼系数 86

5.5.2 减振器最佳阻尼分段线性特性 86

第6章 悬架液压减振器 89

6.1 液压减振器的结构和工作原理 89

6.1.1 减振器结构 89

6.1.2 减振器工作原理 90

6.2 液压减振器阻尼构件及阻尼力分析 90

6.2.1阻尼构件分析 90

6.2.2 节流压力损失与叠加原理 93

6.2.3 减振器阻尼力分析 95

6.3 减振器特性及特性参数 96

6.3.1 减振器示功图 96

6.3.2 减振器速度特性 96

6.3.3 减振器阻尼特性参数 97

6.4 减振器设计基本理论 99

6.4.1 减振器节流阀片变形解析计算 99

6.4.2 节流阀片应力解析计算 105

6.4.3 减振器叠加阀片等效厚度计算 108

6.4.4 减振器叠加节流阀片等效拆分设计原则和方法 109

6.4.5 减振器油液非线性节流损失解析计算 110

6.5 基于速度特性的减振器阀系参数设计 111

6.5.1 减振器阀系参数设计顺序和设计方法 111

6.5.2 基于速度特性的减振器复原阀系参数的单点速度设计数学模型 113

6.5.3 基于速度特性的减振器压缩阀系参数的单点速度设计数学模型 115

6.5.4 基于速度特性的减振器常通节流孔面积的曲线拟合优化设计 118

6.5.5 基于速度特性的减振器节流阀片厚度的曲线拟合优化设计 119

6.5.6 基于速度特性的减振器其他阀系参数的曲线拟合优化设计 120

6.6 基于车辆参数的减振器阀系参数设计 121

6.6.1 车辆悬架最佳阻尼匹配减振器速度特性 121

6.6.2 基于车辆参数的减振器阀系参数设计 122

第7章 悬架弹簧 123

7.1 悬架主要参数的确定 123

7.1.1 前、后悬架的偏频 123

7.1.2 前、后悬架的静挠度 123

7.1.3 悬架的动挠度 123

7.1.4 悬架弹性特性 124

7.2 悬架及弹簧刚度的设计 124

7.2.1 悬架刚度设计 124

7.2.2 弹簧刚度设计 125

7.3 悬架主、副弹簧刚度设计 125

7.3.1 比例中项法 126

7.3.2 平均值法 127

7.4 螺旋弹簧设计与安装 128

7.4.1 螺旋弹簧设计 128

7.4.2 螺旋弹簧的安装 129

7.4.3 特殊弹簧的使用 130

7.5 扭杆弹簧设计 131

7.5.1 扭杆断面形状及端部结构 131

7.5.2 扭杆直径设计 132

7.6 橡胶扭簧设计 134

7.6.1 橡胶扭簧 134

7.6.2 橡胶扭簧宽度的设计 135

7.6.3 橡胶扭簧强度校核 136

7.7 钢板弹簧设计 136

7.7.1 钢板弹簧的布置方案 136

7.7.2 钢板弹簧主要参数的确定 136

7.7.3 钢板弹簧各片长度的确定 139

7.7.4 主、副钢板弹簧厚度的解析设计 139

7.7.5 钢板弹簧的刚度验算 143

7.7.6 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算 145

7.7.7 钢板弹簧弧高与曲面形状的解析设计 146

7.7.8 钢板弹簧总成弧高的核算 148

7.7.9 钢板弹簧的强度验算 149

7.7.10 少片钢板弹簧 151

第8章 悬架稳定杆 154

8.1 稳定杆安装结构 154

8.2 悬架稳定杆橡胶衬套的变形 154

8.2.1 橡胶衬套及叠加力学模型 155

8.2.2 橡胶衬套径向变形求解 156

8.2.3 橡胶衬套的线性径向刚度 162

8.3 稳定杆端点的位移及线刚度 162

8.3.1 橡胶支座变形引起的稳定杆端点位移 162

8.3.2 稳定杆变形产生的端点位移 163

8.3.3 稳定杆端点的总位移及等效线性刚度 164

8.4 悬架稳定杆最佳刚度匹配 164

8.4.1 汽车侧倾模型 165

8.4.2 汽车侧倾刚度 165

8.4.3 稳定杆刚度匹配设计 166

8.5 稳定杆直径设计 169

8.5.1 稳定杆直径的设计 169

8.5.2 稳定杆直径设计实例 169

8.6 稳定设计影响因素分析 170

第9章 空气悬架 171

9.1 空气悬架的研究发展状况、组成及分类 171

9.1.1 空气悬架的研究发展状况 171

9.1.2 空气悬架的组成 172

9.1.3 空气悬架的分类 172

9.2 空气悬架的工作原理及使用特点 173

9.2.1 空气悬架的工作原理 173

9.2.2 使用特点 173

9.2.3 空气悬架的特点 174

9.3 空气悬架的布置 175

9.4 高度控制阀 176

9.4.1 高度控制阀分类 176

9.4.2 高度控制阀工作原理 176

9.5 囊式、膜式、复合式空气悬架 178

9.5.1 囊式空气悬架 178

9.5.2 膜式空气悬架 179

9.5.3 复合式空气悬架 179

9.6 空气悬架的刚度及固有频率 180

9.6.1 空气悬架的垂直刚度 180

9.6.2 空气悬架的平衡位置刚度 180

9.6.3 空气悬架的动、静刚度 181

9.6.4 空气悬架的固有频率 182

9.7 空气悬架的阻尼特性 183

第10章 油气悬架 185

10.1 油气悬架的研究发展状况 185

10.1.1 油气悬架的发展状况 185

10.1.2 油气悬架的研究状况 186

10.2 油气悬架的类型、结构和工作原理 189

10.2.1 油气悬架的类型 189

10.2.2 油气悬架的结构和工作原理 190

10.3 油气悬架的特点和应用领域 191

10.3.1 油气悬架的特点 191

10.3.2 油气悬架的应用领域 192

10.4 油气悬架设计的基本理论 192

10.4.1 油液可压缩性 192

10.4.2 气室压力和容积变化规律 193

10.4.3 油液节流压力分析计算 194

10.4.4 阀片最大变形量和应力计算 195

10.4.5 叠加阀片等效厚度计算及拆分设计理论 196

10.4.6 车辆悬架最佳阻尼特性匹配数学模型 198

10.5 油气悬架气室初始压力及节流阀参数解析设计 200

10.5.1 油气弹簧气室初始充气压力设计 200

10.5.2 节流孔式油气弹簧阀系参数设计 201

10.5.3 节流阀片式油气弹簧阀系参数设计 203

10.5.4 油气弹簧阀系参数设计实例 206

第11章 全主动悬架系统 207

11.1 主动悬架及其分类 207

11.1.1 主动悬架的定义 207

11.1.2 主动悬架的分类 207

11.2 全主动悬架模型及振动微分方程 208

11.2.1 全主动悬架模型 208

11.2.2 主动悬架振动微分方程 208

11.3 主动控制 209

11.3.1 传递函数 209

11.3.2 LQR算法及与H∞最优控制关系 209

11.3.3 基于LQR算法的主动悬架设计 210

11.3.4 LQR控制器的性能研究 211

11.4 主动系统的渐进线 213

11.4.1 闭环传递函数 213

11.4.2 主动系统响应渐进线 213

11.5 悬架问题的不动点及其特性影响分析 214

11.5.1 悬架问题的不动点 214

11.5.2 基于不动点的综合性能分析 215

11.6 主动悬架速度反馈控制器及液压执行器 217

11.6.1 主动悬架速度反馈控制器 217

11.6.2 主动悬架的液压执行器 218

第12章 半主动悬架系统 220

12.1 半主动悬架 220

12.1.1 半主动悬架的分类 220

12.1.2 半主动悬架可控减振器 221

12.1.3 可控减振器的驱动方式 222

12.2 半主动悬架控制系统的理论模型 223

12.2.1 半主动悬架动力学模型 223

12.2.2 控制系统问题的数学描述 223

12.2.3 半主动悬架控制问题的数学定义及无阻尼约束的最优解 225

12.3 半主动悬架最优控制律 227

12.3.1 基于最优控制力的控制规律 227

12.3.2 基于悬架系统最佳阻尼比的阻尼控制规律 229

12.3.3 半主动悬架可控减振器节流阀参数控制规律 230

12.3.4 半主动悬架可控减振器节流阀参数与转角之间关系 233

12.3.5 半主动悬架可控减振器步进电动机转角随车辆行驶状态变化的规律 238

12.3.6 最佳阻尼比控制律仿真 239

第13章 悬架控制系统 241

13.1 悬架控制功能 241

13.1.1 车速路面感应控制 241

13.1.2 车身姿态控制 242

13.1.3 车身高度控制 243

13.2 悬架控制策略 244

13.2.1 控制策略分类 244

13.2.2 悬架各控制策略 244

13.3 全主动悬架模糊控制 246

13.3.1 模糊控制器结构的选择 247

13.3.2 模糊控制规则的选取 247

13.3.3 模糊输出量的确定和模糊判决 248

13.4 半主动悬架控制 249

13.4.1 半主动悬架系统的控制原理 249

13.4.2 半主动悬架的模糊控制 250

13.4.3 半主动悬架的自适应控制 250

13.4.4 半主动悬架的神经网络控制 251

13.4.5 半主动悬架的PID控制 251

13.4.6 半主动悬架的最优控制 251

第14章 悬架及减振器特性试验 253

14.1 减振器特性试验 253

14.1.1 汽车减振器特性试验内容 253

14.1.2 试验设备 253

14.1.3 汽车减振器阻尼特性试验 254

14.1.4 汽车减振器摩擦力试验 258

14.1.5 汽车充气减振器充气力测试 258

14.1.6 汽车减振器耐久特性试验 258

14.1.7 汽车减振器温度特性试验 259

14.1.8 汽车减振器抗泡沫性试验 260

14.2 空气悬架特性试验与分析 261

14.2.1 空气悬架试验原理 261

14.2.2 空气悬架静特性试验 261

14.2.3 空气悬架动特性试验 262

14.2.4 空气悬架动特性分析 262

14.3 油气悬架特性试验及特性参数分析 264

14.3.1 油气悬架特性试验 264

14.3.2 油气悬架阻力及变化规律 264

14.3.3 油气悬架惯性力及变化规律 267

14.3.4 油气悬架气室压力及变化规律 268

14.3.5 油气悬架油液节流阻尼力及变化规律 271

第15章 汽车行驶平顺性试验 273

15.1 平顺性振动测试系统 273

15.1.1 振动测量系统组成 273

15.1.2 振动测试系统性能指标 273

15.1.3 测量信号分析与处理 274

15.1.4 振动测量系统校准 277

15.2 平顺性试验常用仪器和设备 277

15.2.1 振动传感器 277

15.2.2 放大器和滤波器 282

15.2.3 激振信号发生器 283

15.2.4 激振设备及方法 283

15.2.5 信号处理及仪器 285

15.3 汽车振动参量测量及试验方法 286

15.3.1 机械振动基本参量的测量 286

15.3.2 汽车动力学系统振动特性的测量 288

15.3.3 激光全息振动测量 289

15.3.4 模态分析试验与参数识别 291

15.3.5 悬架系统固有频率和阻尼比的测定 294

15.3.6 汽车定置的振动试验方法 295

15.3.7 汽车行驶的振动试验方法 295

15.3.8 汽车起步、制动时的振动试验方法 296

15.4 整车室内振动特性模拟试验 296

15.4.1 整车室内振动道路模拟试验台及功能 296

15.4.2 试验激励信号 298

15.4.3 道路模拟试验的工作过程 299

15.4.4 关于道路模拟试验的几个问题 299

15.4.5 现代汽车驾驶模拟器介绍 300

15.5 整车行驶平顺性试验实例及测试结果分析 302

15.5.1 悬架系统固有频率和阻尼比测定 302

15.5.2 平顺性试验的各测点布置 302

15.5.3 平顺性脉冲输入行驶试验 302

15.5.4 平顺性随机输入行驶试验 303

参考文献 308