Нелинейности подвески

На практике системы подвески на многих транспортных средствах на самом деле не линейные, как предполагалось ранее, из-за трения (иногда называемого статическим трением, "stiction") в стойках и втулках, или трения между листами в подвесках из листовых рессор. Вместо простой линейной зависимости между силой и смещением, подвеска проявляет гистерезисное поведение, похожее на таковое у листовых рессор, показанное на Рисунке 5.27.

Рис. 5.27. Зависимость прогиба от нагрузки гистерезисной листовой рессоры.

В движениях во время поездки, обычно довольно небольших по амплитуде, участвуют только доли дюйма хода подвески. Таким образом, на этом рисунке движения при езде представлены возвратно-поступательными движениями по небольшой внутренней петле гистерезисных кривых рессоры. Площадь, ограниченная петлёй гистерезиса для любого заданного возвратно-поступательного движения, показывает энергию затухания, рассеиваемую подвеской. Более важным эффектом является гораздо более высокая эффективная жёсткость подвески при малых отклонениях.

Для показанной листовой рессоры эффективная жёсткость для малых движений при езде примерно в три раза больше, чем номинальная жёсткость рессоры. В более крайних случаях трения подвески, жёсткость поездки может быть почти на порядок больше. По этой причине для достижения хорошей езды важно свести к минимуму уровни трения в стойках подвески и втулках.

При гистерезисе в подвеске отклик транспортного средства изменяется с амплитудой и спектральным составом вибраций. Из-за нелинейности, чтобы установить свойства передаваемости, должно быть выполнено моделирование отклика на временном базисе на случайные воздействия дорожных неровностей. Используя модель четверти автомобиля с гистерезисной рессорой, можно рассчитать коэффициент усиления отклика (отношение ускорения подрессоренной массы к ускорению со стороны дороги) в заданном частотном диапазоне. Рисунок 5.28 показывает расчёты такого типа для листовой рессорной подвески грузовика [28]. Использование той же дороги с высокими (неровная) и малыми (гладкая) амплитудами иллюстрирует то, каким образом нелинейности подвески влияют на динамическое поведение транспортного средства.

Рис. 5.28. Отклик модели четверти автомобиля с гистерезисной подвеской.

На гладких дорогах отклонения подвески малы, что приводит к высокой эффективной жёсткости и очень малому затуханию. Таким образом, резонанс подрессоренной массы движется вверх по частоте до 2.5 Гц, и из-за малого затухания резонанс становится высоким узким пиком, достигая коэффициента усиления более 5. Кроме того, резонанс моста, который возникает чуть выше 10 Гц, становится ярко выражен. На неровной дороге большие отклонения подвески приводят к более низкой эффективной жёсткости и большему затуханию. Следовательно, резонансы уменьшаются как по частоте, так и по амплитуде. Хотя дорога более неровная, уменьшенная реакция транспортного средства компенсирует несколько большее входное воздействие. Этот тип поведения очень характерен для тяжёлых грузовиков; поэтому часто наблюдается, что некоторые тяжёлые грузовики лучше ездят по неровным дорогам, чем по гладким.