前轮摆振简介

前轮摆振简介汽车摆振一般是指汽车在平直路面上行驶时，前轮以一定幅度和频率绕车轮主销持续振动的现象。摆振现象广泛存在于各类车辆中，无论是合资车、自主品牌车以及进口车，还是前独立悬架和前非独立悬架汽车，甚至是铁路货车转向架、飞机起落架上都存在摆振现象。转向轮摆振引起的振动通过转向系传递到方向盘，使得转向负荷增加，严重时会引起车辆的明显振动，加速轮胎磨损，降低零件使用寿命，这将使得汽车的乘坐舒适性、操控稳定性、驾驶安全性和燃油经济性变差，因此摆振对汽车是十分有害的，在设计和生产中应尽量避免。前轮摆振是一个受多种因素影响下的动力学问题，国内外学者开展了许多研究工作，取得了一定有重要指导意义的研究成果。由于前轮摆振系统复杂，影响摆振的非线性因素众多，相关理论分析还没有形成一个完善高效体系，在车辆设计、生产和维修中还不能还好地解决汽车摆振问题，因此本文在以往学者研究的基础上，制作了专门的摆振分析与评价软件平台，提高分析效率，系统全面的对不同车辆的摆振行为进行分析和评价。由于汽车前轮在摆振时往往表现为非稳态状态，因此本文在考虑轮胎非稳态动态特性基础建上立了更为贴近轮胎实际运动状态的摆振分析三自由度和四自由度模型，并依托摆振软件平台进行动力学分析。由于摆振对汽车操控稳定性、行驶安全性等多方面的危害，国内外相关学者很早便开始了相关研究工作，对摆振发生的机理进行了较为深入的研究。文献中认为，车辆前轮摆振按照振动性质可以分为两种形式：自激振动和强迫振动，这两种形式的摆振各有各自的特点，其产生的机理也不同。强迫振动一般发生在汽车高速行驶时，车轮具有到周期性激励源的输入，当激励源的频率与摆振的频率相同时就会出现共振。由于车轮及其附属器件不平衡度的存在，比如车轮的不平衡质量，制动鼓的端面、径向摆差引起的不平衡等将会引起摆振系统发生强迫振动。自激振动指的是车辆行驶在路况良好的路面上时，当车轮突然受到外界激励（随机激励，不一定是周期激励），车轮产生一定偏转角度，当撤去激励后，车轮还将继续保持稳定摆动的摆振运动。而且自激振动的频率和幅值与外界偶然激励无关，由摆振系统本身的物理参数确定，因此车辆在发生自激摆振时，其振动的频率与车速并没有关联。此外，有关学者从摆振发生的机理角度，将摆振划分为车轮主导型摆振、结构参数主导型摆振和间隙主导型摆振，并分别对其做了大量深入的研究工作。车轮主导型摆振主要考虑轮胎力学特性与车轮主销运动形态之间的关系。车轮主导型摆振主要分析由轮胎的力学特性、车轮定位参数和车轮不平衡质量等因素引起的摆振，其中建立准确的轮胎动力学模型是该类研究的关键。影响汽车摆振的轮胎因素主要是轮胎的侧偏刚度、轮胎气压、端面摆差、径向摆差和不平衡质量等。结构参数主导型摆振主要研究的是前轮定位参数以及转向系中杆系的刚度特性（横拉杆），悬置上整车的模态参数等对车辆摆振的影响。间隙主导型摆振主要研究转向系所含间隙对前轮摆振的影响。由于制造工艺的误差，各运动副间隙总是会有间隙的存在，近年来关于间隙主导型摆振的研究也表明，间隙对车轮的摆振行为有重要的影响。综上可以看出，虽然在几代学者的不断深入研究下，对汽车前轮摆振发生机理已经具有较为深入的认识，但还没有形成一个能对各类车辆发生摆振现象进行分析与评价的系统方法。在生产设计以及维修中，我们总是希望能够高效准确地确定车辆是否发生摆振，影响摆振最关键的因素是是哪些，发生摆振的部位在哪，如何调整参数进行避免等等；由于摆振研究的复杂性，大部分工程人员并不能花费大量的精力去进行摆振的分析研究工作，他们更需要的一种简单而高效的方法去分析和评价车辆的摆振现象，因此，本文尝试建立汽车前轮摆振分析与评价人机交互软件平台，提高分析效率，在平台上能够方便地进行综上所述的各类分析，对车辆的摆振现象进行评价。