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重型商用車輛和客車的動力學(xué)——振動環(huán)境
車架并不是真正的懸架系統(tǒng)，但是由于具有柔性，其對振動環(huán)境有特殊的影響。有許多內(nèi)部的激勵源，其中之一是輪胎跳動，它是一個周期性的激勵。這可能會引起稱為“跳躍乘坐”或“波動”的現(xiàn)象，發(fā)生在剛性貨車和超長軸距的牽引車上。它是車架振動，車架以其一階彎曲模態(tài)振動。車架振動引起駕駛室的俯仰運動，駕駛員感受為縱向振動。其通常發(fā)生在6~8Hz頻率范圍，對應(yīng)的速度范圍為65~85km/h。它通常為窄帶無阻尼共振峰，雖然幅值很小，但是會使駕駛員感覺非常不適。貨車輕量化易于惡化這種情況，因為這可能意味著降低車架的剛度。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在20世紀(jì)60年代末和70年代，這時的一個實例顯示了前兩階彎曲模態(tài)、跳動模態(tài)和俯仰模態(tài)，如圖19.16所示。當(dāng)時的道路變得非常好，這聽起來像一個悖論，但是道路狀況良好也是一個先決條件;否則這種共振會隱藏在噪聲中?；旧嫌袃煞N方法可以解決這個問題:一種方法是使輪胎變圓，另一種方法是通過加固提高車架的剛度。兩種解決方法都不理想，另一種更復(fù)雜的方法也被成功使用，通過調(diào)整發(fā)動機懸置使發(fā)動機作為一個動態(tài)減振器。其需要一個特定幾何的發(fā)動機懸置才能做到，全懸浮駕駛室的出現(xiàn)最終解決了這個問題。車架仍然存在振動，但有效地被駕駛室隔振。
19.3.2.4 發(fā)動機懸置
發(fā)動機是一個激勵源，發(fā)動機懸置的任務(wù)是對發(fā)動機與底盤進行隔振。發(fā)動機有很多階振動，但是六缸發(fā)動機最重要的是第三階振動。發(fā)動機懸置最高的固有頻率必須遠低于怠速時的這個激勵頻率，即約25Hz。發(fā)動機具有相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量和慣性，至少與前端、駕駛室和前軸安裝的其他部件有相同的量級。因此，對發(fā)動機懸置進行調(diào)校，以避免不受控制的動態(tài)耦合是重要的，發(fā)動機懸置固有頻率的范圍是7~15Hz。
19.3.2.5 主動懸架
在全主動懸架中，彈簧和減振器單元由力發(fā)生器替代，通過車輛狀態(tài)變量控制，參見第34章。這意味著懸架既有能量輸入也有能量耗散，主動懸架可以通過車身加速度(舒適性)、輪胎力(抓地性)和懸架行程(空間)的加權(quán)之和進行優(yōu)化。另一種應(yīng)用是主動穩(wěn)定器。為了避免高頻不平順，整體系統(tǒng)需要有非常好的頻率響應(yīng)。全主動懸架有兩個主要的缺點:高成本和高功率消耗。這使得全主動懸架不適于現(xiàn)階段的貨車。從這個角度而言，半主動懸架更具有吸引力。其有一個主動控制的減振器，只耗散能量?？刂圃硎撬^的天棚阻尼，假設(shè)陽尼的一端固定在空中，從而能夠抑制車身和車輪的絕對速度，而不是車身和車輪之間的相對速度。同樣，為了避免高頻不平順性，頻率響應(yīng)一定要非常好。性能良好的半主動底盤懸架的平順性改進為10%~15%，采用加速度均方根衡量。實際上，這不足以證明這樣復(fù)雜且昂貴的系統(tǒng)的有效性，被動懸架仍具有非常大的潛力。通過使用軟底盤彈簧和優(yōu)化的非線性減振器，可以達到非常好的結(jié)果。然而，存有第三種可能性，即自適應(yīng)減振器。通過對載荷、路面輸入或側(cè)傾激勵調(diào)整阻尼，在某些情況下可以實現(xiàn)更好的性能。另一個潛在的可能性，是為了避免觸底調(diào)整減振器，以減少懸架行程。自適應(yīng)阻尼也是較簡單的系統(tǒng)，但是仍然比被動減振器貴得多。
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