影响汽车平顺性的主要因素

影响汽车平顺性的主要因素汽车振动系统本身和路面输入的复杂性决定了影响汽车平顺性的因素很多。下面从结构与使用两个因素做出分析。(一)结构因索汽车是一个由多质量组成的复杂振动系统，为便于分析，需要进行简化。一般情况下，汽车可视为由彼此相联系的悬架质量和非悬架质最所组成。悬架质量M主要由悬架弹簧上的车身、车架及其上的总成所组成。非悬架质最m主要由悬架弹簧下的车轮和车轴组成，由此形成由车身和车轮组成的双质最振动系统，如图I一13所示。而且实际上从振动角度看，由于存在前、后车轮两个路面输入。这就决定汽车有垂直和俯仰两个自由度振动，从而导致汽车纵轴线上任一点的垂直振动不同。下面定性分析结构因索对汽车平顺性的影响。(1)悬架弹性的影响。悬架弹性对车身振动频率起着决定性的作用。悬架上的载荷与其变型之间的关系称为弹型元件的弹性特性。如果悬架的刚度是常数，则其变形与所受载荷成正比，这种悬架称为线性悬架，一般钢板弹簧、螺旋弹簧悬架均属此类。采用线性悬架的汽车往往不能满足汽车平顺性的要求，使用中．汽车的有效载荷变化较大(特别是公共汽车和载货汽车)，会出现空载时振动频率较高或满载振动频率较低的现象。为了改善这种情况，现代汽车多采用非线性悬架(也称变剐度悬架)，即其刚度可随栽荷的变化而变化。如采用空气弹簧、空气液力弹簧和橡胶弹簧等具有非线性特性的弹性元件，或增设副簧、复合弹簧。(2)悬架阻尼的影响。为了衰减车身的自由振动并抑制车身和车轮的共振，以减小车身的垂直振动加速度和车轮的振幅(防止车轮跳离地面)，悬架系统中应具有适当的阻尼。悬架的阻尼主要来自于减振器、钢板弹簧叶片和轮胎变形时橡胶分子间的摩擦等。钢板弹簧悬架系统中的干摩擦较大，而且钢板弹簧叶片数目越多，摩擦越大，故有的汽车采用钢板弹簧悬架时可以不装减振器，但弹簧摩擦阻尼的数值很不稳定．钢板生锈阻力力过大，不易控制。而采用其他内摩擦很小的弹性元件(如螺旋弹簧、扭杆弹簧等)的悬架，必须采用减振器，以吸收振动能量而使振动迅速衰减。为使减振器阻尼效果好，又不传递大的冲击力，常把压缩行程的阻力和伸张行程的阻力取的不同。压缩行程取较小的相对阻尼系数，在伸张行程取较大的相对阻尼系数。有的减振器压缩时无阻尼而只在伸张行程时有阻尼，具有这种阻尼特性的减振器称为单向作用减振器。而在压缩、伸张两行程中均有阻尼作用的减振器称为双向作用减振器。采用减振器不仅可以提高汽车的平顺性，而且还可以增加悬架的角刚度，改善车轮与道路的接触情况。防止车轮跳离地面，因而能改善汽车的稳定性、提高汽车的行驶安全性。改善减振器的性能对提高汽车在不平道路上的行驶速度有很好的作用。悬架系统的干摩擦可使悬架的弹性部分或全部被锁住，使汽车只在轮胎上发生振动，因而增加振动频率且使路面冲击容易传给车身。为减少钢板弹簧叶片叫的摩擦，叶片间应加润滑脂或摩擦村垫，结构上采用少片弹簧。（3）主动悬架与半主动悬架。一般悬架由弹簧和减振器组成，其特性参数(悬架刚度K和阻尼系数c)是在一定条件下进行优化确定的。这种悬架的特性参数一旦选定便无法更改，称为被动悬架。其缺点是不能适应使用工况(如载荷变化引起的悬架质量变化，车速和路况所决定的路面输入等)的变化进行控制调整．无法满足汽车较高性能的要求。利用电控技术与随动液压技术的主动悬架和半主动悬架能较好地改善汽车的平顺性。如图1—14所示为车身与车轮两个自由度主动悬架或半主动悬架模型。主动悬架一般用液压缸作为主动力发生器，代替悬架的弹簧和减振器，由外部高压液体提供能源，用传感器测量系统运动的状态信号，反馈到电控单元，然后由电控单元发出指令控制力发生器，产生主动控制力作用于振动系统，构成闭环控制。半主动悬架的核心部分是采用可调阻尼减振器，其控制逻辑有的和主动悬架类似，是闭环的，也有根据车速等参数进行开环控制的，它消耗的全部能量只用来驱动控制阀，顾能耗低。(4)非悬架质量的影响。非悬架质量对汽车的平顺性影响较人，减小非悬架质最可降低车身的振动频率、提高车轮的振动频率，从而使高频共振移向更高的行驶速度。这对平顺性有利。另外，非悬架质最减小可有效减小其对车身的冲击力。非悬架质量对行驶平顺性的影响常用非悬架质量与悬架质最之比m／M来评价。比值越小，则行驶的平顺性越好。现代轿车的比值大多为m／M=10.5％～l4.5％，这样可以有良好的行驶平顺性。(5)轮胎的影响。轮胎的弹性使悬架的换算刚度减小。当汽车在不平道路上行驶时，由于轮胎的弹性作用，轮胎位移曲线比道路断面轮廓圆滑甲整，跳跃长度比道路坎坷不平的长度大，而跳跃曲线的高度较道路不平的真正高度小(即所谓轮胎的展平能力)，它可使汽车在高频共振时振动减小。轮胎内摩擦所引起的阻尼作用可吸收振动能量，使振动衰减。从改善汽车平顺性的角度考虑，轮胎的径向刚度应尽可能小。但轮胎刚度过低会增加轮胎侧偏，影响汽车的操纵稳定性，还会使滚动阻力增加并降低轮胎的使用寿命。(6)底盘旋转件不平衡的影响。在汽车行驶过程中，底盘旋转件(如传动轴、车轮等)的不平衡极易产生周期性的激振力，而后通过悬架传至车身，影响汽车的平顺性。提高旋转件动平衡度对改善汽车的平顺性会起到一定的作用。(7)轴距的影响。在汽车行驶过程中受到路面不平的冲击时，汽车车身的俯仰角加速度随轴距的加大而减小。而对于垂直振动加速度，随着轴距的加大，除了前、后轴上方没有变化外，其他各处都减小。所以轴距加长对汽车平顺性的改善是非常有利的。(8)乘坐位置与座椅的影响。座椅的位置对平顺性反应的差别很人。试验和实际感受表明接近车身中部的座位，其振动量最小。与汽车质量中心的距离愈大，车身振动对乘客的影响愈大。对于载货汽车和公共汽车，为了减小水平纵向振动的振幅．座位在高度上应尽量减小与质心的距离。座椅垫的弹性要适当．若汽车的悬架较硬，可采用较软的座垫：若汽车悬架较软，则采用较硬的座垫，以防因乘客在座位上的振动频率与车身的振动频率重合而发生共振。另外，座垫也需要一定的阻尼，以衰减振动。总之，影响行驶平顺性的结构参数很多，且关系错综复杂，必须对这些参数进行综合分析，以便正确选择参数，提高汽车行驶的行驶平顺性。(二)使用因素道路不平是引起汽车振动的主要因素。这就决定了汽车运行过程中的平顺性与路面状况和车速有着密切的关系。此外，汽车悬架系统在汽车使用过程中的技术状况对汽车的平顺性也有着重要的影响。1．路况与车速汽车在不平道路上行驶时，前、后车轮连同车身都要受到来自路面的冲击作用。对某一汽车来说，激振的强度和频率主要取决于路而状况和车速。这就相应决定了汽车振动响应。2.悬架系统的技术状况悬架系统的固有频率和阻尼系数对汽车的平顺性有着重要的影响。汽车在使用过程中由于受各种因素的影响，这些参数可能产生变化，如钢板弹簧各片之间的润滑不好或由于减振器阻尼过大，都会使弹簧部分或全部被锁住，引起车身振动频率增加。当汽车通过不平的路面时，就会使汽车产生剧烈的冲击。