考虑多个转向机构运动副间隙的汽车摆振系统动力学分析

摘要

一般认为转向轮摆振是前桥相对于车身的横向运动、前桥绕汽车纵轴的侧倾运动以及前轮绕主销的横摆运动的合成运动。它是一种非常有害且很普遍的振动，发展到一定程度严重影响汽车的操纵稳定性、行驶平顺性、动力性、燃油经济性和安全性。 汽车转向轮摆振是一个受多因素影响的问题，其中就包括转向系统中转向梯形运动副之间存在的间隙因素。前人研究表明单个运动副间隙对摆振系统动力学响应有重要影响，事实上转向梯形每个运动副都含有间隙，故研究多个运动副间隙对摆振系统的影响是必要的。 为了研究的方便，本文以含有两个运动副间隙的转向梯形为研究对象。考虑到含有两个运动副间隙的转向梯形可简化为含有两个运动副间隙的曲柄连杆机构，故本文基于单个运动副间隙对曲柄连杆机构及汽车摆振系统有关研究成果，重点探究了多个运动副间隙对曲柄连杆机构及汽车摆振系统的影响，并通过算例与只考虑单个间隙对曲柄连杆机构及摆振系统的影响进行了比较分析。同时分析了对汽车摆振系统产生影响的其他因素及有效的减振措施。具体内容如下： 1.基于非线性动力学理论建立了含多个运动副间隙的曲柄连杆机构非线性动力学模型，分析了间隙参数对曲柄连杆机构响应的影响，得到间隙在一定范围内的逐步增大，曲柄连杆机构会由周期运动经过拟周期运动状态进入混沌状态。并通过算例与只考虑单个运动副间隙的机构非线性动力学行为进行了比较分析，发现多个间隙机构更容易产生混沌现象。 2.基于含多个间隙曲柄连杆机构动力学模型和非线性系统动力学，应用拉格朗日方程建立了考虑多个转向机构运动副间隙汽车前轮摆振八自由度非线性动力学模型。基于该动力学模型，利用MATLAB&Simulink软件建立了汽车摆振仿真模型。 3.基于该汽车摆振仿真模型，利用四阶龙格-库塔法对间隙参数变化时摆振系统的响应进行仿真分析，通过仿真结果发现，转向机构运动副间隙是诱发摆振系统混沌运动的重要因素，并比较分析了单个间隙与多个间隙对摆振系统非线性动力学响应的影响，得到多个间隙更容易导致系统发生混沌现象。此外，还对转向机刚度、阻尼、车速、轮胎相关参数对摆振系统的影响进行了系统分析，并给出了这些参数的适取范围。