二分之一车辆模型研究不同参数下车辆对地面的动载荷和动载系数

1、内容简介

131-二分之一车辆模型研究不同参数下车辆对地面的动载荷和动载系数

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2、内容说明

根据所建立的车辆模型，在不同车速、轴重、载荷、胎压，不同等级路面不平度下车辆对地面的动载荷和动载系数。车速、路面等级系数、车辆轴重、胎压、车辆重量等等最好可以是变化的量。 路面功率谱密度表达式：                                  （2—2） 式中：—参考空间频率，=0.1m-1;       —参考空间频率下的路面功率谱密度值，称为路面不平度系数；       w—频率指数，一般取w=2； 车辆以一定的速度v在空间频率Ω的路面上行驶时，需要通过转换将速度影响因子出现在PSD中，并将空间频率功率谱密度转换为时间功率谱密度。当车辆以恒速v经过空间频率Ω的路面时，时间频率f（Hz）为：                               （2—15） 时间频率f和空间频率Ω的关系为：                                              （2—16） 时间频率功率谱密度和空间频率功率谱密度的关系为：                                            （2—17） 则时间频率功率谱密度为：                  （2—18） 时间频率的不平度垂直速度的功率谱密度关系为：                             （2—19） 时间频率的不平度加速度的功率谱密度关系为：                        （2—20） 随机正弦三角级数法采用的表达式为式（2-8）：                        （2—8） 式中：—时间频率，与空间频率的关系为,；       —[0,2π]上均匀分布的随机数 时间频率时，在已知车速v的行驶下，可以经过计算来求得时间频率下的功率谱密度。由平稳随机过程平均功率的频谱的展开性质，得到路面不平度的方差为：                                          （2—21） 将区间划分成m个小区间，第i个小区间处的中心频率处的功率谱密度来代替第i个小区间整体上的功率谱密度值，得到第i个小区间上的方差为：                   (i=1,2,,m)          （2—22） 可以看作每个小区间内包含的功率。 路面不平度的方差的表达式（2—21）经过离散化后可近似表示为：     (i=1,2,,m)       （2—23）  划分的每个小区间的频率为(i=1,2,,m)，且其标准差为的正弦波函数表达式为：     （2—24） 将各个小区间的正弦波函数叠加在一起，即可得到时域路面随机激励：   （2—25） 式中：—[0,2]范围内的均匀分布随机数；       t—车辆行驶时间 同样，时域路面随机激励对时间求导，可以得到随机路面激励竖向速度值为：         （2—26） 再对式（2—26）进行时间t求导，即得到随机路面激励竖向加速度值：   （2—27）  当时间频率区间划分的m个小区间取的足够细密，m取的足够大时，式（2—25）计算仿真生成的时域随机路面谱的频率特征和给定路面谱一致。因此，生成的可以作为车辆在恒速v及给定的路面条件下的路面时域随机输入激励，经过傅里叶变换及其逆变换就可以换算得到路面频域随机输入激励。 地面作用于轮胎的时间频率一般介于0.5Hz30Hz,因此车辆振动系统的固有频率取f1= 0Hz，f2= 50Hz.城市市区内车辆速度一般为10km/h50km/h,省道道路和国道道路车速一般为40km/h80km/h，高速公路车速规定范围为60km/h120km/h。随着我国经济和科技的发展，高等级路面的建设越来越多，高等级路面在我国范围越来越广，逐步以高等级路面取代低等级路面。在本文进行研究时采用我国的路面功率谱标准，选取A、B、C、D三个等级的路面进行研究，路面不平度系数分别为：4、16、64、256×10-6m-2/m-1, 空间参考频率Ω0 =0.1m-1,频率指数w=2.

二分之一车辆模型 它将车辆前后轴统一在一个模型中，左、右轴之间的相互影响耦合作用视为很小。二分之一车辆模型假设，车辆模型简化为如图3-2所示。本模型中的四个自由度分别为：车身的垂直振动z，俯仰角度θ，前后车轮的垂向跳动x1和x2。

m3— 悬架部分质量（又称为簧上质量），包括汽车的车厢和载重部分等等； m1— 前轴簧下质量（又为前轴非悬挂部分质量），包括轮圈、轮胎、轮轴等； m2— 后轴簧下质量（又为后轴非悬挂部分质量），包括轮圈、轮胎、轮轴等； J—车身的转动惯量，单位为kg/m2;    θ—车身俯仰摆角； a, b— 汽车的前、后轴到质心的距离； v—汽车前进行驶速度和方向； k1—前悬架系统的刚度系数；         k2—后悬架系统的刚度系数； k3—前轮胎的刚度系数；             k4—后轮胎的刚度系数； c1—前悬架系统的阻尼系数；         c2—后悬架系统的阻尼系数；  c3—前轮胎的阻尼系数；             c4—后轮胎的阻尼系数； x1(t)—前轴簧下质量垂向位移；       x2(t)—后轴簧下质量垂向位移； z(t)—汽车模型车身垂向位移；        e—前后轴距； q1(t)—前轮路面不平度随机激励；     q2(t)—后轮路面不平度随机激励； 本文中二分之一车辆模型的振动的微分方程为：                         M+C+KX=f(t)                 （3—4） 展开式为：     （3—5）   （3—6）     （3—7）  （3—8）                                      其中： 质量矩阵        M=; 阻尼矩阵        C=; 刚度矩阵         K=; 位移矩阵         X=; 激励矩阵    ; 进而可以求得出轮胎对路面的动荷载：                          前后轮的动载系数为：

由于q1和q2为前后桥承受的路面不平度激励，这两个信号是相同的，均为第二章所仿真得出的路面不平度信号，但是它们之间只差了一个时间差，可以根据前后桥的距离及车辆的速度求出，,则. 前轴簧下质量m1=297kg 后轴簧下质量m2=524kg 簧上质量m3=6461kg 车身转动惯量J=46249N.m2 a=3.79m,b=2.31m,L=6.1m 前轮胎刚度系数k3=788100N/m 后轮胎刚度系数k4=875667N/m 前悬架刚度系数k1=198251N/m 后悬架刚度系数k2=1138367N/m 前轮胎阻尼系数c3—=2000Ns/m 后轮胎阻尼系数c4=2000Ns/m 前悬架阻尼系数c1=15000Ns/m 后悬架阻尼系数c2=15000Ns/m 轴重对动载荷的影响 车辆轴重的变化，会引起车辆总重量的变化和质心位置的变化，通过后桥静态轴重的变化来作为研究，探索车辆在轴重变化下动荷载的变化和车辆振动频率的变化。车辆轴重选择2.95、6、8、10、13、15、17、20、25t 共 9 个轴重等级。并将不同平整度下路面对车辆的随机激励作为车辆初始激励，研究车辆行驶速度为40km/h下车辆对沥青路面动荷载力的变化和振动频率的变化，并得到车辆在路面不平度系数分别为：4、16、64、256×10-6m-2/m-1四种不同路面状况下的车辆前后轴的动载系数、动载力和频率变化范围。需要做出列表和折线图。 轴重变化导致质心位置，前后轴距到质心位置都会发生变化。这是一个例子，不是我算出来的，我需要你给我算出这个来。

最后也要加上轴重。算出荷载力，即车辆施加给路面的作用力（包括静荷载）。 关于频率，最好是给出我频率振动区间图，在哪块频率振动最大。或者说在那个频率范围内，动荷载最大。还有功率谱密度和频率函数图。

车速变化下，车速从10km/h变化，【10，20，30，40，50，60，70，80，90，100，110，120】下，在四个不同路面不平度下的动荷载，动载系数，总荷载力的变化。还有频率图和功率谱密度函数图。如下是例图。我找到的文献里的。

胎压变化对动荷载的影响 胎压【2.96、6、8、10、13、15、17、20、25】Mpa范围。在不同胎压和不同路面不平都下，不同胎压在不同车速下，不同胎压在不同轴载下的动荷载和动荷载系数的变化，还有总荷载的变化。加上频率的和功率谱密度的。类似图表为

3、仿真分析

略

4、参考论文

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