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汽车悬架系统可以简化为单质量弹簧阻尼系统。该模型由车身质量m2、悬架弹簧刚度K和减振器阻尼系数C组成。z表示车身垂直位移,q表示路面不平度输入。这个简化模型能够有效分析车身的振动特性。
根据牛顿第二定律,质量乘以加速度等于作用力的合力。对车身质量m2进行受力分析,惯性力为m2乘以z的二阶导数,弹簧力为K乘以z减q,阻尼力为C乘以z点减q点。建立力的平衡方程,整理后得到系统的微分振动方程。
为了简化微分方程,我们引入标准化参数。令2n等于C除以m2,omega0的平方等于K除以m2,得到齐次方程的标准形式。阻尼比zeta定义为n与omega0的比值,通常汽车悬架系统的阻尼比约为0.25,属于小阻尼系统。
对于小阻尼系统,微分方程的解为A乘以e的负nt次方乘以正弦函数。有阻尼固有频率omega r等于omega0乘以根号下1减zeta平方。系统以有阻尼频率振动,振幅按指数规律衰减。汽车悬架阻尼比约为0.25时,有阻尼频率比无阻尼频率只下降3%左右。