车辆-路面耦合振动系统动力分析与仿真：轮胎影响研究

本文主要探讨了车辆-路面耦合振动系统模型的构建与仿真分析，发表于2010年的《振动与冲击》期刊的第29卷第2期。研究者张丙强和李亮基于二分之一的四自由度车辆振动模型，该模型考虑了车体的浮沉和点头自由度，以及前、后轮的非簧载质量浮沉。轮胎被简化为在Kelvin地基上的Euler梁，这是一种常用的路面力学简化方法。 研究的核心在于建立车路耦合系统的动力平衡方程，通过非线性动态轮胎力来模拟轮胎与路面的交互作用。在模型中，作者引入了轮胎和路面的位移协调条件，这是解耦耦合方程的关键步骤。然后，采用模态叠加法和Newmark积分法对耦合方程组进行求解，这种方法在处理复杂的动力学问题时十分有效。 数值分析结果显示，轮胎作为参振子系统对路面的影响相对较小，可以忽略不计。然而，当考虑轮胎作为参振子时，车体的最大竖向位移相较于未考虑轮胎影响的情况大约增加1.2倍，这强调了轮胎在车辆振动中不可忽视的角色。文章进一步深入研究了车辆运动的初速度、加速度以及路面不平顺对车体振动的具体影响，这些都是实际道路行驶中影响舒适性和安全性的重要因素。 该研究拓宽了传统上将车辆动力学和路面动力学视为独立领域的研究思路，强调了车辆-路面系统中二者之间的相互作用。通过对车辆-路面耦合振动的深入理解，有助于优化车辆设计，提高行驶性能，降低振动对乘客的不适感，并可能为道路工程和车辆工程提供理论支持。这项工作对于提升车辆行驶安全性和舒适性具有重要意义。