桑塔纳轿车后悬架动力学试验及仿真.pdf

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1、上 海交通大学硕士学位论文 中文摘要 桑塔纳轿车后悬架系统动力学仿真和试验研究 摘要 6 t 己达到 塔纳系列轿车的国内年产量和市场占有率都是最高，其零部件国产化率 8 6 %以 上。由 于桑塔纳轿车国 产化过程中， 企业重视开发，而忽视研究， 导致质量却存在许多隐患。如后减振器引起车内后部异响、后减振器严重偏磨， 造成部件系统失效等。诸如此类产品质量问题对桑塔纳轿车消费者的信心已 产 生严重负面影响。为此，上海汇众汽车制造有限公司与上海交通大学开展产学 研合作，分别进行了 “ S a n t a n a 2 0 0 0型轿车后减振器异常噪声诊断与分析”和 “ S a n t a n a L

2、X型轿车后减振器偏磨成因 诊断” 两个问 题的 全面系统的理论与实 验研究，对桑塔纳轿车后悬架进行系统动力学仿真和试验分析。 是燮塑生 后 部 存 在 异 常 响 声 ， 乘 客 听 到 干 扰 声 音 会 感 到 很 难 受 ， 这 就 影 响乘客的乘坐舒适性。通过大量桑塔纳轿车整车试验和后悬架系统台架试验， 测 得 桑 塔 纳 轿 车 后 减 振 器 的 连 杆 加 速 度 信 号 在 某 个 频 率 出 现 能 量 集 中 少 蔽矿 过后悬架系统仿真和后悬架系统台架试验，得出桑塔纳轿车后部异常响声是由 桑塔纳轿车后减振器产生。在仿真时分别使用了M A T L A B / S i m u

3、l i n k 和A D A MS 软件，在数值建模与仿真过程中，充分考虑到后悬架系统中的各个部件的机械 与运动特性，并对两种仿真结果与试验结果进行了比较。 塔纳轿车后减振器存在早期失效现象，根据一些地区的上海大众汽车特 乙哗食 约维站统计资料显示，国产的后减振器存在严重偏磨是部件失效的主要原因。 导 致 减振 器偏 磨 还 有其 他原) : 减 振 器主要 零 件的 离 散性、 活 塞 连杆 材料 性质 与 热 处 理 工 艺 不 稳 定 籽 术 文 通 过 大 量 复 合 式 后 桥 台 架 试 验 和 整 车 试 验 力 图 从 力学上找到偏磨的原因。在复合式后桥台架试验中，测试减振器连

4、杆在静态和 动态情况下的所受的应力;在桑塔纳轿车整车试验中，测试了减振器缸筒端部 在车轮轴面和车轮平面的加速度以及在行驶时连杆所受的弯曲应力。通过对数 据的分析和比较，发现减振器连杆在行驶过程中与缸筒端部不断撞击，并且集 中在某几个频率，由此造成连杆的累积疲劳损伤和点蚀失效。 关键字:多体系统动力学 汽车悬架 减振器台架试验实车试验 上海交通大学硕士学位论文英文摘要 D y n a m i c S i m u l a t i o n a n d E x p e r i m e n t S t u 街 o f R e a r S u s p e n s i o n S y s t e m s f

5、 o r S a n t a n a S e r i e s C a r s Ab s t r a c t T h e m e s s p r o d u c t i o n o f S a n t a n a c a r s i s m u c h g r e a t e r . A n d l o c a l c o n t e n t s o f S a n t a n a C a r p a r t s a n d c o m p o n e n t s a p p r o a c h t o m o r e t h a n 8 6 % m u c h h i g h e r t h

6、a n o t h e r c a r m a k e r s i n C h i n a . H o w e v e r m a n u f a c t u r i n g q u a l i t y i s s u e s i n t h e S a n t a n a s e r i e s c a r s . F o r e x a m p l e , a b n o r m a l n o i s e in t h e r e a r s h o c k s a b s o r b e r a n d s e v e r e w e a r f a i l u r e o f t h

7、 e a b s o r b e r p i s t o n r o d . I n t h i s t h e s i s , t h e r e f o re , t h e r e a r s u s p e n s i o n s o f s a n t a n a c a r s a r e a n n u a l i z e d i n d y n a m i c s a n d m a n y b e n c h a n d r e a l c a r t e s t s f o r r e a s o n s a r e p e r f o r m e d t o f i n

8、d s o l u t i o n s t o t h e p r o d u c t q u a l i t y p r o b l e m s . T h e a b n o r m a l n o i s e i n t h e r e a r p a r t a ff e c t s t h e r i d e c o m f o r t . T h r o u g h m a n y b e n c h a n d r e a l c a r t e s t s , t h e a u t h o r m e a s u r e s a p p r o p r i a t e d y

9、 n a m i c r e s p o n s e s o f t h e p i s t o n r o d e o f r e a r a b s o r b e r s a n d s u s p e n s i o n s , a n d f in d s t h a t t h e e n e r g y c o n c e n t r a t e s a t s o m e fr e q u e n c y . T h i s t h e s i s d r a w s a c o n c l u s i o n t h a t t h e a b n o r m a l n o

10、 i s e c o m e s fr o m t h e r e a r a b s o r b e r a n d h as s o m e t h i n g t o d o w i t h t h e c h a r a c t e r i s t i c o f t h e r e a r a b s o r b e r t h r o u g h e m u l a t i n g t h e r e a r s u s p e n s i o n a n d m a n y t e s t s . D u r i n g t h e e m u l a t i n g t h e

11、 a u t h o r u s e t h e m e t h o d o f MA T L A B / S i m u l i n k a n d A D A MS , a n d t a k e t h e c o n s i d e r a t i o n t h e e v e r y p a r t o f t h e s u s p e n s i o n . T h e e a r l y i n v a l i d a t i o n o f r e a r a b s o r b e r o f s a n t a n a c a r i s a s e v e r e p

12、 r o b l e m o f S h a n g h a i V o l k s w a g o n C o m p a n y . T h e i n v a l i d a t i o n o f r e a r a b s o r b e r c o m e s f r o m t h e w e a r f a i l u r e o f t h e a b s o r b e r p i s t o n r o d . T h e a u t h o r d o e s m a n y t e s t s a n d t r i e s t o f i n d t h e r e

13、 as o n fr o m t h e as p e c t o f m e c h a n i c s . I n t h e b e n c h t e s t , t h e a u t h o r m e as u r e s t h e s t a t i c b e n d i n g s t r e s s a n d d y n a m i c b e n d in g s t r e s s o f t h e p i s t o n r o d ; i n t h e r e a l c a r t e s t s , t h e a u t h o r m e as u

14、 r e s t h e a c c e l e r a t io n s i g n a l o f t h e a b s o r b e r c y l i n d e r i n t h e t i r e p l a n e a n d t i r e a x i s p l a n e . T h e a u t h o r fi n d s t h a t d u r i n g t h e p r o c e s s o f r u n n i n g t h e a b s o r b e r p i s t o n r o d i m p a c t w i t h t h

15、 e c y l i n d e r , a n d i t s e n e r g y c o n c e n t r a t e s a t s o m e f r e q u e n c y . K e y w o r d s Mu l t i - b o d y S y s t e m D y n a mi c s S h o c k Ab s o r b e r B e n c h T e s t A u t o - c a r S u s p e n s i o n O n - r o a d E x p e r i me n t 上海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章 绪论

16、 1 . 1 课屁背景和研究愈义 1 . 1 . 1 课题背 景 中国的轿车工业还处在比 较落后的阶段，几个规模较大的汽车制造公司都是与国外某 个大的汽车公司联合生产的。例如一汽与德国大众、二汽与法国雪铁龙和上汽与德国大众 以 及美国通用， 他们都是中国 轿车工业的重要基地。在这三家大的 汽车制造公司中，上汽 的大众汽车制造公司生产的桑塔纳轿车几乎占了中国市场的半壁江山。这不是因为桑塔纳 轿车的质量好、乘坐舒适:而是因为桑塔纳轿车的国产化率高，几乎达到 1 0 0 % ，所以价格 也相对比 较便宜，而且桑塔纳轿车的驾驶性能也相对较高， 在中国这样的经济并不是很发 达的国家中，桑塔纳轿车成为成为

17、一般用户购车的首选。 但是随着中国经济的飞速发展， 越来越多的用户在购买轿车时开始关心轿车的质量和 舒适性等多方面的因素。 由于桑塔纳轿车的国产率化较高，在生产过程中存在着工艺或管理上的问题，最终导 致在桑塔纳轿车的使用过程中，存在这样或那样的问题. 许多用户反映，在行驶的桑塔纳轿车后座车厢中，可以听到类似金属的撞击声音的 异常响声，一般情况下，响声不是很明 显， 但在速度较高时，响声就比 较突出。尤其是在 北方，到了 冬季，桑塔纳轿车的车厢内响声特别明显， 甚至在前座驾驶的司 机都能听到从 后座传来的声音。因为此原因而造成很多减振器退赔。 在前期进行的桑塔纳轿车整车实车试验中，根据所测得的数

18、据，初步断定桑塔纳轿 车后厢异常响声的原因是后减振器的设计尺寸以及它与整车的匹配问题。 另外，近几年来，S A N T A N A L X型轿车后减振器因活塞杆早期严重偏磨导致产品退 赔事件大幅增加。造成后减振器活塞杆异常偏磨的可能性会有产品结构尺寸、 材料热处理 工艺、制造过程质量控制、荷载以及行驶地区道路条件等多项原因的单一或复合影响。 根据直观及统计可知，偏磨失效的后减振器活塞杆的偏磨形状和部位大致相似或相 近， 偏磨段较短且集中 见图 1 - 1 ) ， 两后减振器活塞杆偏磨处均在靠近车轮的外侧:发生 异常偏磨的后减振器多见于发往华中华北地区的车辆中。 上海交通大学硕士学位论文 第一章

19、绪论 第一章 绪论 1 . 1 课屁背景和研究愈义 1 . 1 . 1 课题背 景 中国的轿车工业还处在比 较落后的阶段，几个规模较大的汽车制造公司都是与国外某 个大的汽车公司联合生产的。例如一汽与德国大众、二汽与法国雪铁龙和上汽与德国大众 以 及美国通用， 他们都是中国 轿车工业的重要基地。在这三家大的 汽车制造公司中，上汽 的大众汽车制造公司生产的桑塔纳轿车几乎占了中国市场的半壁江山。这不是因为桑塔纳 轿车的质量好、乘坐舒适:而是因为桑塔纳轿车的国产化率高，几乎达到 1 0 0 % ，所以价格 也相对比 较便宜，而且桑塔纳轿车的驾驶性能也相对较高， 在中国这样的经济并不是很发 达的国家中，

20、桑塔纳轿车成为成为一般用户购车的首选。 但是随着中国经济的飞速发展， 越来越多的用户在购买轿车时开始关心轿车的质量和 舒适性等多方面的因素。 由于桑塔纳轿车的国产率化较高，在生产过程中存在着工艺或管理上的问题，最终导 致在桑塔纳轿车的使用过程中，存在这样或那样的问题. 许多用户反映，在行驶的桑塔纳轿车后座车厢中，可以听到类似金属的撞击声音的 异常响声，一般情况下，响声不是很明 显， 但在速度较高时，响声就比 较突出。尤其是在 北方，到了 冬季，桑塔纳轿车的车厢内响声特别明显， 甚至在前座驾驶的司 机都能听到从 后座传来的声音。因为此原因而造成很多减振器退赔。 在前期进行的桑塔纳轿车整车实车试验

21、中，根据所测得的数据，初步断定桑塔纳轿 车后厢异常响声的原因是后减振器的设计尺寸以及它与整车的匹配问题。 另外，近几年来，S A N T A N A L X型轿车后减振器因活塞杆早期严重偏磨导致产品退 赔事件大幅增加。造成后减振器活塞杆异常偏磨的可能性会有产品结构尺寸、 材料热处理 工艺、制造过程质量控制、荷载以及行驶地区道路条件等多项原因的单一或复合影响。 根据直观及统计可知，偏磨失效的后减振器活塞杆的偏磨形状和部位大致相似或相 近， 偏磨段较短且集中 见图 1 - 1 ) ， 两后减振器活塞杆偏磨处均在靠近车轮的外侧:发生 异常偏磨的后减振器多见于发往华中华北地区的车辆中。 上海交通大学硕

22、士学位论文第一章绪论 车身 悬架弹 塞杆 偏磨位置 缸筒 车轮 图1 - 1 后减振器严重偏磨部位示意 F ig s 1 - 1 I l l u s t r a ti o n o f s e v e r e w e a r a n d t e a r p a r t s o f t h e r e a r s h o c k a b s o r b e r s 鉴于以上问题，汇众汽车制造有限公司设立课题，以找出桑塔纳轿车后厢异常响声 以及后减振器偏磨的原因。 绮 1 . 1 . 2 研究意义 悬架系统是汽车行驶系中重要的子系统。它不仅起着支撑车身的作用，还对由路面通 过轮胎传递来的振动进行隔振

23、，对各种转向 操作悬架系统保持行驶稳定性，同时在许可范 围内提供最大的舒适性。轿车悬架系统由弹簧、减振器、桥架、车轮、横向 稳定器、缓冲 限 位器组成和制动部分组成。 其中减振器和弹簧的性能直接影响整个悬架系统动力特性以 及舒适性性能。因为弹簧刚度的大小影响汽车的操纵性能，同 时减振器的阻尼特性对悬架 系统的舒适性有很大的影响。 桑塔纳后悬架系统虽然简单， 但是其对汽车的安全性和舒适性有着不可忽视的作用。 而后减振器又是后悬架系统中的 一个关键部件。 在1 9 7 1 年，欧洲就成立了欧洲减振器制造 协会，制定了一系列国际标准， 用来衡量减振器的质量的好坏，这说明减振器也是一个汽 车零件中一个

24、重要零件。 现在桑塔纳轿车中的后减振器出 现问 题，直接影响到桑塔纳轿车的 舒适性能和安全性 能，因此找出问题所在并解决问题是当务之急。 1 . 2 国内 外 相关 研究 状况 通过试验，我们得知;桑塔纳轿车的后厢异常响声是由 后减振器发出的。早在 1 9 3 2 年 国外就有研究人员对油液减振器在高频状况下的 特性做了一些分析。他们通过对减振器进 行大量的试验得出一些减振器在各种不同振动频率下若找出高频特性的真正原因需要对油 液式减振器作详尽的机械和流体分析。尤其是对减振器中油液流过节流孔和阀门的动力特 性作出分析。 由于减振器内 部的复杂性，不可能对减振器的 特性做一详尽的模型。 本课题将

25、在试验 的基础上， 着重讨论后减振器在悬架系统中的特性。因此对后悬架系统建模是本论文的重 上海交通大学硕士学位论文第一章绪论 车身 悬架弹 塞杆 偏磨位置 缸筒 车轮 图1 - 1 后减振器严重偏磨部位示意 F ig s 1 - 1 I l l u s t r a ti o n o f s e v e r e w e a r a n d t e a r p a r t s o f t h e r e a r s h o c k a b s o r b e r s 鉴于以上问题，汇众汽车制造有限公司设立课题，以找出桑塔纳轿车后厢异常响声 以及后减振器偏磨的原因。 绮 1 . 1 . 2 研究意义

26、 悬架系统是汽车行驶系中重要的子系统。它不仅起着支撑车身的作用，还对由路面通 过轮胎传递来的振动进行隔振，对各种转向 操作悬架系统保持行驶稳定性，同时在许可范 围内提供最大的舒适性。轿车悬架系统由弹簧、减振器、桥架、车轮、横向 稳定器、缓冲 限 位器组成和制动部分组成。 其中减振器和弹簧的性能直接影响整个悬架系统动力特性以 及舒适性性能。因为弹簧刚度的大小影响汽车的操纵性能，同 时减振器的阻尼特性对悬架 系统的舒适性有很大的影响。 桑塔纳后悬架系统虽然简单， 但是其对汽车的安全性和舒适性有着不可忽视的作用。 而后减振器又是后悬架系统中的 一个关键部件。 在1 9 7 1 年，欧洲就成立了欧洲减

27、振器制造 协会，制定了一系列国际标准， 用来衡量减振器的质量的好坏，这说明减振器也是一个汽 车零件中一个重要零件。 现在桑塔纳轿车中的后减振器出 现问 题，直接影响到桑塔纳轿车的 舒适性能和安全性 能，因此找出问题所在并解决问题是当务之急。 1 . 2 国内 外 相关 研究 状况 通过试验，我们得知;桑塔纳轿车的后厢异常响声是由 后减振器发出的。早在 1 9 3 2 年 国外就有研究人员对油液减振器在高频状况下的 特性做了一些分析。他们通过对减振器进 行大量的试验得出一些减振器在各种不同振动频率下若找出高频特性的真正原因需要对油 液式减振器作详尽的机械和流体分析。尤其是对减振器中油液流过节流孔

28、和阀门的动力特 性作出分析。 由于减振器内 部的复杂性，不可能对减振器的 特性做一详尽的模型。 本课题将在试验 的基础上， 着重讨论后减振器在悬架系统中的特性。因此对后悬架系统建模是本论文的重 匕 海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 点。 到目 前为止，已 经有很多文章研究轿车的建模， 但是都是一些线性化模型， 这种模型 对异常响声的分析没有作用，因为在线性化模型中，输入信号与输出信号之间的关系是一 种简单的幅值比。要反应出减振器的异常响声，就必须建立一个尽量模拟实际情况的非线 1性模型。 在国内，悬架系统的非线性模型几乎没有人涉及，在建立车辆动态仿真的一些文章中， 都是用简单的模型来进行分析

29、包括二自由度 ( 四分之一车辆) 、四自由 度 ( 二分之一车辆) 、 五自由 度 ( 加上座椅)模型。 在国外，已经认识到:要对车辆响应有一个完整的描述，必须包含非线性特性。因 此，已 经在减振器的研究和车辆的高频响应方面作了很多工作。 对于减振器的偏磨，国内外几乎没有涉及到，因为这是一个非常实际的问题，涉及 到很多方面，本文只是通过大量的 试验，得出在各种情况下桑塔纳轿车的减振器连杆受力 以及动力特性。本文只是做一些尝试，希望能通过试验和分析找到问题的根源并提出解决 方案。 1 . 3 本文的 工作 在0 S a n t a n a 2 0 0 0型轿车后减振器噪声的诊断及分析” 企业博士

30、后项目 和，“ S a n t a n a L X 型轿车后减振器严重偏磨成因诊断” 产学合作研究课题中，主要通过试验的手段分析异常响 声的来源和偏磨的原因，同时对系统进行建模和仿真分析，将试验结果与仿真结果进行对 比，以 得到一个完美的 答案。 并尽可能给出 解决方案。 在， 桑塔纳汽车后部异常异常响声的诊断及分析 课题中，首先对普通型桑塔纳轿车进 行动力学建模和仿真， 在建模过程中， 分别使用了M A T L A B / S im u l i n k和 A D A MS两种系 统动力学仿真软件。最后将仿真结果与试验结果进行对比和分析，最后得出异常响声产生 的原因，并提出解决方案。 在“ 桑

31、塔纳轿车后减振器偏磨诊断分析” 课题中，进行了桑塔纳轿车复合式后桥的台架 试验，以分析后减振器在静态和动态情况下所受的弯曲 应力，然后通过桑塔纳轿车整车实 车道路试验来分析在实际在实际行驶过程中，减振器连杆与缸筒之间的冲击。 最后通过实 际计算分析偏磨的原因。 匕 海交通大学硕士学位论文 第一章绪论 点。 到目 前为止，已 经有很多文章研究轿车的建模， 但是都是一些线性化模型， 这种模型 对异常响声的分析没有作用，因为在线性化模型中，输入信号与输出信号之间的关系是一 种简单的幅值比。要反应出减振器的异常响声，就必须建立一个尽量模拟实际情况的非线 1性模型。 在国内，悬架系统的非线性模型几乎没有

32、人涉及，在建立车辆动态仿真的一些文章中， 都是用简单的模型来进行分析包括二自由度 ( 四分之一车辆) 、四自由 度 ( 二分之一车辆) 、 五自由 度 ( 加上座椅)模型。 在国外，已经认识到:要对车辆响应有一个完整的描述，必须包含非线性特性。因 此，已 经在减振器的研究和车辆的高频响应方面作了很多工作。 对于减振器的偏磨，国内外几乎没有涉及到，因为这是一个非常实际的问题，涉及 到很多方面，本文只是通过大量的 试验，得出在各种情况下桑塔纳轿车的减振器连杆受力 以及动力特性。本文只是做一些尝试，希望能通过试验和分析找到问题的根源并提出解决 方案。 1 . 3 本文的 工作 在0 S a n t

33、a n a 2 0 0 0型轿车后减振器噪声的诊断及分析” 企业博士后项目 和，“ S a n t a n a L X 型轿车后减振器严重偏磨成因诊断” 产学合作研究课题中，主要通过试验的手段分析异常响 声的来源和偏磨的原因，同时对系统进行建模和仿真分析，将试验结果与仿真结果进行对 比，以 得到一个完美的 答案。 并尽可能给出 解决方案。 在， 桑塔纳汽车后部异常异常响声的诊断及分析 课题中，首先对普通型桑塔纳轿车进 行动力学建模和仿真， 在建模过程中， 分别使用了M A T L A B / S im u l i n k和 A D A MS两种系 统动力学仿真软件。最后将仿真结果与试验结果进行

34、对比和分析，最后得出异常响声产生 的原因，并提出解决方案。 在“ 桑塔纳轿车后减振器偏磨诊断分析” 课题中，进行了桑塔纳轿车复合式后桥的台架 试验，以分析后减振器在静态和动态情况下所受的弯曲 应力，然后通过桑塔纳轿车整车实 车道路试验来分析在实际在实际行驶过程中，减振器连杆与缸筒之间的冲击。 最后通过实 际计算分析偏磨的原因。 上海交通大学硕士学位论文 第二章 桑塔纳轿车后悬架动力学建模与仿真 第二章 桑塔纳轿车后悬架动力学建模与仿真 2 . 1 桑塔纳轿车二分之一后悬架建 模 卯. 1 . 1 简单悬 架 模型 图2 - 2 所示为四 分之一车的悬架模型， 这是最简单的 x s C s 少

35、x u 少 x 悬架模型，该模型仅考虑垂直振动，共二个自由度。其中 Ms 是悬置质量，M u是非悬置质量;K s 是悬架弹簧刚度， K u主要是轮胎刚度，而 C s 则是减振器的阻尼系数， 在很 多计算模型中，它被简化成一个常量，即这个系统将是一 个完全的线性系统，它的输入与输出简单的线性四阶系统 模型 ( 输入输出 都是位移量) 。 其微分方程为: M , X , = 戈( X ， 一 X , ) + C , ( X ; 一 x ， ) 一 K , ( X ， 一 X)( 2 - 1 ) 2，4 (2(2(2 图2 - 1 四分之一车悬架模型 F i g . 2 - 1 A q u a rt

36、 e r c a r s u s p e n s i o n m o d e l 城X , = - K . ( X , 一 戈) 一 C , ( 弋一 X) 转换成状态方程，令 X I = X X 2 = X X 3 = X . , X 4 = X . 得出 其中 x= AA+ B Y=CY 戈戈 rllesesesesesL - Y 戈戈戈戈 一一 X 戈凡凡x4 rleslesesL -一 X 门.一IJ oooX reseees十weJ Ku一城 一 -一 B - 4 I - q / / 衬 / 呵 0 0 孤 Cf 4 - 低 C / g 0脸1 0恢0 f|司门|L leseses|

37、we习 00 nrl nU lln rlesl.L -一 C 上海交通大学硕士学位论文 第二章 桑塔纳轿车后悬架动力学建模与仿真 第二章 桑塔纳轿车后悬架动力学建模与仿真 2 . 1 桑塔纳轿车二分之一后悬架建 模 卯. 1 . 1 简单悬 架 模型 图2 - 2 所示为四 分之一车的悬架模型， 这是最简单的 x s C s 少 x u 少 x 悬架模型，该模型仅考虑垂直振动，共二个自由度。其中 Ms 是悬置质量，M u是非悬置质量;K s 是悬架弹簧刚度， K u主要是轮胎刚度，而 C s 则是减振器的阻尼系数， 在很 多计算模型中，它被简化成一个常量，即这个系统将是一 个完全的线性系统，它

38、的输入与输出简单的线性四阶系统 模型 ( 输入输出 都是位移量) 。 其微分方程为: M , X , = 戈( X ， 一 X , ) + C , ( X ; 一 x ， ) 一 K , ( X ， 一 X)( 2 - 1 ) 2，4 (2(2(2 图2 - 1 四分之一车悬架模型 F i g . 2 - 1 A q u a rt e r c a r s u s p e n s i o n m o d e l 城X , = - K . ( X , 一 戈) 一 C , ( 弋一 X) 转换成状态方程，令 X I = X X 2 = X X 3 = X . , X 4 = X . 得出 其中 x

39、= AA+ B Y=CY 戈戈 rllesesesesesL - Y 戈戈戈戈 一一 X 戈凡凡x4 rleslesesL -一 X 门.一IJ oooX reseees十weJ Ku一城 一 -一 B - 4 I - q / / 衬 / 呵 0 0 孤 Cf 4 - 低 C / g 0脸1 0恢0 f|司门|L leseses|we习 00 nrl nU lln rlesl.L -一 C 上海交通大学硕士学位论文第二章 桑塔纳轿车后悬架动力学建模与仿真 对于这种模型， 若输入简单的 正弦 激振，即X , = A s i n ( r o t ) ， 其输出 也为简单的正 弦信号。它不能反应系统

40、的异常响声来源。所以要建立反应真实情况的模型。 2 . 1 . 2 考虑非线性特性的 悬架系统 上橡胶轴承 下橡胶轴承 架弹簧 一、为什么要考虑非线性 I )由 于减振器安装的复杂性 为了更多地吸收从轮胎传上来的振动，在减振器安 装时，在减振器的上部安装有上下两个橡胶块 ( 也称橡 胶轴承) :在减振器的底部，也安装有一个橡胶衬套。 在 汽车行驶时，这三个橡胶块表现为非线性特性，即其刚 度和阻尼值在汽车行驶时不断变化，所以它们也影响整 个后悬架的动态特性。 图2 - 2 减振器上部得安装 F i g . 2 - 2 T h e i n s t a l l a t i o n o f u p p

41、 e r d a m p e r 2 )由于减振器的非线性特性 由于减振器的力学特性比较复杂。减振器主要靠其 阀的节流特性来工作，但是减振器在不同的工作状况， 其阻尼特性又不一样。根据大量的试验可以得到减振器的一 个基本的力学特性曲线 ( 见图 2 - 3 ) .减振器的阻尼特性大概 分成三段，随着速度的增加而变化。根据流体力学知识，速 度一 阻力 之间 的 关系 是非线性的， F = k v “ ( k 为各种系数， n 为 指 数I 异 常响声与 一些与油液相关的物体有关，具体一点就是各个阀对油液的戮度的变化的敏感度。 液压冲击 在液压系统中， 由于 某种原因引 起油液的压力瞬间突然增大，

42、 可能 达到正常压力的3 科 倍， 或者更高， 形成 压力峰值，同 时 产生 振动和噪音。 这种现象就 称为液 压冲I t-L . 上海交通大学硕士学位论文第四章 S a n t a n a 2 0 0 0 型后减振器异常噪声分析 第四章 S a n t a n a 2 0 0 0 型后减振器异常噪声分析 4 . 1 减振器的工作原理 汽车悬架系统中广泛采用减振器，液力减振器的作用是当车架与车桥作往复相对运 动，而活塞在缸筒内 往复移动时，减振器壳体内的油液便反复地从一个内腔通过一 些窄小 的孔隙流入另一内腔。此时，孔壁与油液间的摩擦及液体分子内 摩擦便形成对振动的阻尼 力，使车身和车架的振动

43、能量转化为热能， 而被油液和减振器壳体所吸收， 然后散到大气 中。减振器的阻尼力的大小随车架 ( 或车轮)的相对速度的增减而增减，并且与油液粘度 有关。 减振器的阻尼力愈大，振动消除得愉快，但却使并联的弹性元件的作用T : 能充分发 挥，同时，过大的阻尼力还可能导致减振器连接零件及车架损坏。为 解决弹性元件与减振 器之间的这一矛盾，对减振器应具备以下特点: . 在悬架压缩行程 ( 车桥与车架相互移近的行程)内， 减振器阻尼力 较小，以 便充分利 用弹性元件的弹性，以 缓和冲击; . 在悬架伸张形成 ( 车桥与车架相互远离的行程)内， 减振器的阻尼力应大，以 求迅速 减振 . 当车桥 ( 或车轮

44、) 与车架的相对速度过大时，减振器应当能自 动加大液流通道截面积 使阻尼力始终保持在一定限 度内，以 避免承受过大的冲击载荷 4 . 2 后减振器异常噪声产生的原因 根据大量的实车试验和台架试验，可以 得出结论，异常响声产生的原因在于减振器 因为在南方的 夏季异常响声很小，而在北方的冬季，异常响声很大，这说明 异常响声与温 度有关， 而与温度有关的并且有产生异常司能的只有油液，因为温度对油液的v度有相当 大的影响。这说明:1 ) 减振器本身存在异常响声，在温度较高时，没有表现出米: z 异 常响声与 一些与油液相关的物体有关，具体一点就是各个阀对油液的戮度的变化的敏感度。 液压冲击 在液压系统

45、中， 由于 某种原因引 起油液的压力瞬间突然增大， 可能 达到正常压力的3 科 倍， 或者更高， 形成 压力峰值，同 时 产生 振动和噪音。 这种现象就 称为液 压冲I t-L . 上海交通大学硕士学位论文 第四章 S a n t a n a 2 0 0 0 型后减振器异常噪声分析 引起液压冲击的原因，是由于流动液体的惯性或运动部件的惯性，使液流流动速度 的大小和方向突然变化导致液体的压力产生一个急剧交变的升降过程而引起液压冲击。 在轿车行驶过程中， 连杆与缸筒的相对速度一直都处在变化过程中，减振器压缩过程中 液流通过底阀 流入恢复腔， 压缩过程停止，底阀关闭，液流就对底阀 产生冲击;减振器在

46、 拉伸过程中，液流通过活塞阀流入压缩腔，拉伸过程停止 活塞阀关闭，液流就会对活塞 连杆产生冲击 高频振动 高频振动也应成为减振器异常响声的一个原因。在实车过程中，当车速不是很高时， 异常响声几乎听不见;当车速很高时，响声明显增大 在车速较低时，减振器活塞连杆与 缸筒之间的相对速度不是很大，而且变化不频繁;与此相反，当车速增加时，其相对速度 增加，同时 相对速度在正向 和负向 之间 来回 频繁变化， 这就增加了 异常响声产生的可能性 在合架试验中，通过最后的频谱图，我们可以看到，当高频振动时，其能量相对集 中在某 一 频率处，而对其他频率的响应较低。这说明在高频振动过程中，活塞连杆所受的 冲击较

47、大，且能量集中，这种能量集中也是异常响声产生的一个重要原因 油 液的 豁 度飞 油液的虱度至所以 成为产生异常响声的一个原因，是油液本身就是一个多变的因素。 油液的t S 度不是一 个常量，它随温度以 及压强变化而变化。在减振器工作过程中， 其腔内 的 温度和压强是在不断变化的。因此， 油液的孔度也处在不断变化的过程中。 整车的装配 在桑塔纳轿车减振器的装配过程中，也应当考虑一个因素:减振器与 整车的匹配问 题。因为当减振器与整车的各个物理参数 ( 如质量、转动惯量)不匹配时， 造成在某个固 有频率出现共振，这也会引起冲击和异常响声。 而且在减振器装配过程中， 其中使用了二 个橡胶轴承、一个橡

48、胶垫、一个橡胶衬套，这些元件都是非线性元件，它们的 特性对减振 器最终的特性表现有很大关系。 减振器阀门的设计与制造 在减振器中，受油液影响最大的就是减振器的底阀和活塞阀。在压缩过程中 油液 通过底阀流入储油腔;在拉伸过程中， 油液通过活塞阀流入回复腔。 在汽车行驶过程中， 油液不断重复这两个过程，当速度较大时，需要阀门很快将油液卸掉，但是由于设计或制 造等其他原因，阀门 的开关反应速度不如相对速度变化得快，这就引起了油液在某个时间 段 堵在阀门内，而当阀门 反应过来 ( 即阀门 打开)时，油 液迅速从阀门出口 喷出，这也会 造 成冲击。如果在高频内 总是如此，在压缩时， 底阀滞后打开， 在拉

49、伸时，活塞阀 滞后打 上海交通大学硕士学位论文第四章 S mt ma 2 0 0 0型后减振器异常噪声分析 开。这会对活塞连杆造成频繁冲击，引起异常响声。 减振器阀门的工作特性 1 )减振器阀门的在S作过程中的开启速度以及开度大小直接决定减振器的特性 图4 1 阀的开启 特性 F i g . 4 - 1 T h e d i s c o u r a g e m e n t c h a r a c t e r i s t i c o f t h e v a l v e 曲线 a代表缸筒与活塞连杆之间的相对 位移.曲线b代表相对速度，曲线 c 代表相对 加速度， 当 速度到达最大时， 此时位移应为零， 这时阀门应该开启，当速度到达很大时，阀门 开启度也应当适当 增加，我们假设这时的速度 已经到达最大速度，所以此时阀门应该完全开 启。这时才能保证减振器的正常上作 但在实际过程中，减振器的开启并不是想象中的在速度最大处开启到最大，应为液 压系统的反映频率一般都比较低，一般都在几十赫兹之内 如果油液的勃度很大，反应更 1rR。于是会出现以下的情况: 阀的开启滞后，即在最大速度处，位移为零处，阀不开启，当速度超过峰值之后， 阀门 开启到最大，因此此时阻 尼力应该会继续增加，而