摩托车随机振动响应分析

　　摩托车行驶时,路面不平会激起摩托车的振动,由于作为激励的路面不平度具有随机性,故摩托车产生的响应也是随机的,这种振动称为随机振动。摩托车频繁而强烈的随机振动会影响摩托车的平顺性,引起乘员的不舒适感,也会降低摩托车零部件的安全可靠性,因而对摩托车受路面激励作用下的随机振动响应问题的研究十分重要。

　　目前,我国对于摩托车此方面的研究相对较少,主要的研究方向为摩托车动态特性以及动应力响应方面[1, 2],对反映骑乘舒适性的加速度响应鲜有研究。下面结合对汽车和轨道车辆随机振动方面的研究成果[3-5],应用汽车原理和随机振动相关理论[6-8],将“路面-摩托车”振动系统作为研究对象,对摩托车随机振动下的垂向加速度响应进行了研究,以改善摩托车的骑乘舒适性和平顺性。在此系统中,路面不平度和车速是系统“输入”,此“输入”经过轮胎、悬架等弹性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量组成的振动系统的传递,得到系统“输出”———车体的垂向加速度。因而,首先建立了摩托车垂向振动系统分析模型,运用有限元分析的方法,得到系统的动态特性;再将不同车速和路面下的位移时间频率功率谱密度作为激励输入,得到摩托车的垂向加速度响应,进而对摩托车随机振动受行驶速度和路面不平度的影响进行分析总结。

　　1　摩托车垂向振动模型

　　这里所研究的摩托车“路面-车轮-车身”系统振动模型如图1所示。图中m1、k1、z1分别为非簧载质量、轮胎刚度和车轮垂向位移,下标f和r表示前轮和后轮,由于轮胎的阻尼较小而忽略。m2为摩托车车身质量,m2f、m2r、及m2c为将m2按动力学等效的原则转换到前轮轴、后轮轴以及质心上的三个集中质量,它们对应的垂向位移分别为z2f、z2r、和z2c。k2、c2为悬架的刚度和阻尼,下标f和r表示前悬和后悬。L为前后轮轴距,θ为车身俯仰振动, y(x)为路面不平度。在最理想的情况下,车身质量全部等效到前后轮轴上,即m2c=0,m2=m2f+m2r。此时,集中质量m2f、m2r引起的垂直方向运动是相互独立的,图1所示的4自由度振动模型可以简化为由m2f和m1f以及m2r和m1r所构成的两个双质量系统的振动。则系统的振动方程可写为(省略下标f和r,每个方程都分别代表前、后两部分):

　　2　路面不平度激励

　　作为激励的路面不平度y(x)是空间的函数,是随机变量,常用路面功率谱密度来进行描述。GB7031 -86以及ISO/DIS 8608标准规定了车辆(不包含轨道车辆)行驶的各种路面和越野地面的路面功率谱密度拟合公式[9]

　　3　摩托车随机振动响应分析