21、车辆垂直动力学：悬架与阻尼系统解析

车辆垂直动力学：悬架与阻尼系统解析

1. 垂直动力学与舒适性评估

在车辆行驶过程中，垂直动力学是一个关键的研究领域，它与乘坐舒适性和安全性密切相关。目前，将舒适性标准与人类的舒适感相匹配仍是一个难题。相关的 DIN/ISO 指令试图通过频率相关的加权函数来评估人体全身振动暴露情况，但主要关注的是身体疲劳和健康危害。

2. 非线性悬架力

2.1 渐进式弹簧

为了降低弹簧刚度并避免加载时弹簧过度变形，通常会使用非线性弹簧特性。在压缩模式（u ≥ 0）下，添加软缓冲块后，整体弹簧力可以用非线性函数建模：
[F_S = F_{0S} + c_0 u \left(1 + k \left(\frac{u}{\Delta u}\right)^2\right)]
其中，$F_{0S}$ 表示弹簧预载，$c_0$ 描述了 $u = 0$ 时的弹簧刚度，$k ≥ 0$ 表征非线性的强度。

为了使非线性弹簧在 $u = \Delta u$ 时与线性弹簧具有相同的值，需要满足：
[c_0 (1 + k) = c_S]
其中，$c_S$ 描述了相应线性特性的弹簧刚度。

局部弹簧刚度由导数确定：
[\frac{dF_S}{du} = c_0 \left(1 + 3 k \left(\frac{u}{\Delta u}\right)^2\right)]
加载车辆在 $u = \Delta u$ 时的弹簧刚度为：
[c_L = c_0 (1 + 3 k)]

例如，当 $c_0 = 20000 N/m = 20 kN/m$ 时，空载车辆前后轴的弹簧刚度相同。