1、第六章 汽车的平顺性n预备知识预备知识 汽车行驶系的功能、汽车行驶系的功能、组成、构造及工作原理。组成、构造及工作原理。随机振动基础知识。随机振动基础知识。n中心思想中心思想 首先介绍首先介绍平顺性的平顺性的基本概念基本概念（人体对振动（人体对振动的反应、评价指标），的反应、评价指标），然后建立然后建立简单汽车和输简单汽车和输入入模型模型，最后进行最后进行振动振动的的响应分析响应分析。汽车理论讲义（第1版）1引 言 一、概念一、概念 1.汽车平顺性汽车平顺性 2.乘坐舒适性乘坐舒适性 图6.1汽车振动系统 环境输输输入入入 q q q,u u u 输出 a,FD 评价指标 与汽车操纵稳定性有关
2、汽车汽车理论讲义（第1版）2引 言 二、本章内容二、本章内容 1.1.人体对振动的反应和平顺性的评价。人体对振动的反应和平顺性的评价。2 2振动输入路面不平度的统计特性，道路振动输入路面不平度的统计特性，道路谱。谱。3 3汽车振动系统化，系统频响特性和参数对汽车振动系统化，系统频响特性和参数对响应（输出）的影响。响应（输出）的影响。汽车理论讲义（第1版）3第一节 人体对振动的反应和平顺性评价人体对振动的反应和平顺性评价 n思考题思考题 坐车时的感觉，如何判断汽车平顺性/舒适性？n本节应掌握的内容本节应掌握的内容 1.ISO26311：1997(E)。2.平顺性的评价方法。汽车理论讲义（第1版）
3、4一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应 1ISO26311：1997(E)（1）人体对振动的敏感程度因人而异。（2）70年代 ISO2631人承受全身振动的评价指南。（3）以短时间简谐振动实验为基础，1985年开始不断补充、修正，直到1997年。（4）ISO26311：1997(E)人承受全身振动的评价第一部分：一般要求。评价长时间作用的随机振动和多点输入多轴向振动环境对人体的影响时，能与主观感觉更好地符合。汽车理论讲义（第1版）5一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应2ISO26311：1997(E)简介 汽车理论讲义（第1版）6一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应2ISO2631
4、1：1997(E)简介 标准规定了图6-2所示的人体坐姿受振模型。在进行舒适性评价时，它除了考虑座椅座椅支承面支承面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向的角振动，以及座椅靠背座椅靠背和脚脚支承面支承面两个输入点各3个方向的线振动，共3个输入点12个轴向的振动。汽车理论讲义（第1版）7一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应2ISO26311：1997(E)简介 此标准仍认为人体对不同频率振动的敏感程度不同，在图6-3上给出了各轴向0.5-80Hz的频率加权函数(渐进线)，又考虑不同输入点、不同轴向的振动对人体影响的差异，还给出了各轴向振动的轴加权系数k。表6-1给出了三个输入点12个轴
5、向，分别选用哪一个频率加权函数和相应轴加权系数k，并列出了一辆European小轿车在城市公路上行驶时，实测的各轴向加权加速度均方根值aw，然后算出总的加权加速度均方根值av。汽车理论讲义（第1版）8汽车理论讲义（第1版）9一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应 由表6-1上各轴向的轴加权系数可以看出:（1）椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数k=1，是12个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的轴加权系数均小于0.8。（2）另外IS026311：1997(E)标准还规定，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑xs、ys、zs这三个轴向，且xs、ys两个水平轴向的轴加权系数取k1.4，比
6、垂直轴向更敏感。（3）标准还规定靠背水平轴向xb、yb可以由椅面xs、ys水平轴向代替，此时轴加权系数取k=1.4。（4）因此，我国在修订的相应标准GBT4970-1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法时，评价汽车平顺性就考虑椅面xs、ys、zs这三个轴向。汽车理论讲义（第1版）10一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应2ISO26311：1997(E)简介 椅面垂直轴向zs的频率加权函数最敏感频率范围标准规定为4125Hz，在4-8Hz这个频率范围，人的内脏器官产生共振，而8-125Hz频率范围的振动对人的脊椎系统影响很大。椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数 最敏感频率范围为05-2Hz
7、，大约在3Hz以下，水平振动比垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。d汽车理论讲义（第1版）11二、平顺性的评价方法二、平顺性的评价方法 IS026311：1997(E)标准规定，当振动波形峰值系数9时，IS02631-1：1997(E)标准规定用均4次方限值的方法来评价，它能更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响，此时采用辅助评价方法振动剂量值为 75.141T04wdttamsVDV汽车理论讲义（第1版）18第一节结束！第一节结束！汽车理论讲义（第1版）19第二节 路面不平度的统计特性 n思考题思考题 能量的基本公式怎样表
8、达？n本节应掌握的内容本节应掌握的内容 1.功率谱密度平均能量的谱分布。2.空间频率与时间频率的关系。3.路面对四轮汽车的输入谱。汽车理论讲义（第1版）20一、一、路面不平度的功率谱路面不平度的功率谱 1 1不平度函数不平度函数 路面相对基准平面的高度q，沿道路走向长度I的变化q(I)。2 2功率谱密度功率谱密度（psd）式中 代表平均能量。功率谱密度，平均能量的谱分布。dtXER2202 汽车理论讲义（第1版）21一、一、路面不平度的功率谱路面不平度的功率谱3 3路面不平度系数及路面功率谱密度的拟路面不平度系数及路面功率谱密度的拟合合 式中 n空间频率，它是波长的倒数，单位m表 示每米长度中
9、包括几个波长。n0参考空间频率，n=0.1m-1 在n频率时路面谱值称为路面不平度系数 W频率指数（双对数坐标上斜线的斜率），它决定路面谱的频率结构，一般W=2.wqqnnnGnG00 0nGq汽车理论讲义（第1版）22一、一、路面不平度的功率谱路面不平度的功率谱4根据根据 、将路面划分为八个等级将路面划分为八个等级 0nGq2q汽车理论讲义（第1版）23汽车理论讲义（第1版）24一、一、路面不平度的功率谱路面不平度的功率谱 5 5速度功率谱、加速度功率谱速度功率谱、加速度功率谱 当W=2时，为白噪声。nGnnGqq22 nGnnGqq42 0202nGnnGqq汽车理论讲义（第1版）25 二
10、、二、化为1 1关系关系 f=un f=un 式中 路面谱在频带n内包含的“功率”。且 则 nGq fGq nlimnGnqnq202nq ffGnqfq20lim nGufGqq1汽车理论讲义（第1版）26 二、二、化为 2 3 fGq 22002001funnGnnnGufGqqq unnGfGffGqqq2002242 220044162ufnnGfGffGqqq nGq汽车理论讲义（第1版）27第二节结束！第二节结束！汽车理论讲义（第1版）28第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 n思考题思考题 1.如此复杂的汽车怎样能够简化成比较简单的多自由度系统？2.振动系统分类？n本节应
11、掌握的内容本节应掌握的内容 1.7、4、2、1个自由度简化模型。2.单质量系统的振动。汽车理论讲义（第1版）29一、汽车振动系统的简化一、汽车振动系统的简化17个自由度模型 悬挂质量：车身车架车架上的总成 m23自由度 （垂直、俯仰、侧倾）减振器悬架弹簧 非悬挂质量：车轮车轴 m14自由度（垂直）见下页图：汽车理论讲义（第1版）30汽车理论讲义（第1版）31一、汽车振动系统的简化一、汽车振动系统的简化24个自由度模型 汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数相等：x(I)=y(I)。悬挂质量：车身车架车架上的总成 m22自由度 （垂直、俯仰）减振器悬架弹簧 非悬挂质量：车轮车轴 m12自由
12、度（垂直）汽车理论讲义（第1版）32汽车理论讲义（第1版）33一、汽车振动系统的简化一、汽车振动系统的简化32个自由度模型 悬挂质量分配系数：即m2c=0，m2f、m2r在z方向上的运动相互独立，实际上是两个双质量系统的振动。12aby汽车理论讲义（第1版）34一、汽车振动系统的简化一、汽车振动系统的简化41个自由度模型 轮胎在低频区内5Hz以下，忽略轮胎的弹性与车轮的质量。汽车理论讲义（第1版）35二、车身单质量系统的自由振动运动微分方程：运动微分方程的解：通解特解（齐次解非齐次解）令 阻尼比 固有圆频率则齐次方程为 令 则 02)qz(k)qz(czm kmcmc220220220mk02
13、200zzz 22mcn 0202nmc0220zznz 汽车理论讲义（第1版）36二、车身单质量系统的自由振动 tsinAezt0210tnAeznt220sin汽车理论讲义（第1版）37三、阻尼比对衰减振动的影响1 1与有阻尼固有频率有关与有阻尼固有频率有关当 时，只比 下降了3%左右。工程上，视 。成立202201nr250.r00r20mk200212mkf汽车理论讲义（第1版）38三、阻尼比对衰减振动的影响2 2决定振幅的衰减程度决定振幅的衰减程度 2200011111212221eeeeAeAeAAdrnTTtnnt212lnddln/22411汽车理论讲义（第1版）39四、单质量
14、系统的频率响应特性1 1频率响应特性概念频率响应特性概念 QZqzjHqz20jezz 10jeqq 1200jqzeqzjH jqzqzejHjH00qzjHqz 12汽车理论讲义（第1版）40四、单质量系统的频率响应特性2 2频率响应特性推导频率响应特性推导 0)()(2qzkqzczm 022)qz(k)qz(jczjm kjcqkjcmz22 jckmcjkqzqzjHqz22jjjHqz21212020mk22 kmc汽车理论讲义（第1版）41汽车理论讲义（第1版）42四、单质量系统的频率响应特性 3 3幅频特性分析幅频特性分析（1）低频段0,0.75，略大于1，不呈现明显的动态特性
15、，阻尼比对这一段的影响不大。（2）共振段0.75,，出现共振峰值，将输入位移放大，加大 可使共振峰明显下降。（3）高频段 ，在 时，1，与阻尼比无关；在 时，对输入起衰减作用，阻尼比减小对减振有利。2122222121qzjHqz2qz22qz21qz汽车理论讲义（第1版）43五、单质量系统对路面随机输入的响应五、单质量系统对路面随机输入的响应 1 1用随机振动理论分析汽车平顺性用随机振动理论分析汽车平顺性 （1）平顺性分析的振动响应量 车身加速度 悬架动挠度 车轮与路面间动载荷 （2）振动响应的功率谱与均方根值 设 的均值为零，则方差（均方值），为 式中 标准差，均值为零时就等于均方根值。z
16、 dfdF fGfHfGqqxx2 dffGfHdffGqqxxx2002xx汽车理论讲义（第1版）44五、单质量系统对路面随机输入的响应五、单质量系统对路面随机输入的响应 1 1用随机振动理论分析汽车平顺性用随机振动理论分析汽车平顺性 （3）概率分布与标准差的关系（）可通过查表或计算机计算得到：，界限 ，概率P 任选2个 另1个 00222002111xxdxxxxxexxPxxP0Xxxx0汽车理论讲义（第1版）45五、单质量系统对路面随机输入的响应五、单质量系统对路面随机输入的响应 2 2车身加速度功率谱车身加速度功率谱 的计算分析的计算分析 （1）与圆频率 成正比（共振，高频）。见下页
17、图（2）共振时，高频段，zG qqzzGjHG2 qzqzqzjHqz22 qzqzqzjHqz2 qzqzqzjHqz22 qz 0qz qz 汽车理论讲义（第1版）46汽车理论讲义（第1版）47五、单质量系统对路面随机输入的响应五、单质量系统对路面随机输入的响应3 3车轮与路面间相对动载荷车轮与路面间相对动载荷 对对 的幅频特性的幅频特性 与 的幅频特性的趋势完全一样。4 4悬架的挠度悬架的挠度 对对 的幅频特性的幅频特性 限位行程 由车身平衡位置起，悬架允许最大压缩行程。GFdq zmFd 2gzGFd qGFdqz dfq qzfdjqzqqzqfd21122222221qfd汽车理论
18、讲义（第1版）48五、单质量系统对路面随机输入的响应五、单质量系统对路面随机输入的响应4 4悬架的挠度悬架的挠度 对对 的幅频特性（的幅频特性（见下页图）（1）低频段 ，。（2）高频段 ，弹簧变形路面输入。（3）共振段 ，。因此，悬架系统 幅频特性：dfq 12qfd101zqfd15.0,10,21qfd通虑波器是将低频输入衰减的高对动挠度低通虑波器，是将高频输入衰减的对车身位移,fdzqfqfdd1汽车理论讲义（第1版）49汽车理论讲义（第1版）50汽车理论讲义（第1版）51第四节 车身与车轮双质量系统的振动一、动力学模型一、动力学模型 FZKZCZM 2100mmM ccccC kkkkkKt qkFt0汽车理论讲义（第1版）52汽车理论讲义（第1版）53汽车理论讲义（第1版）54汽车理论讲义（第1版）55二、二、系统参数对振动的影响系统参数对振动的影响 1 1悬架系统固有频率悬架系统固有频率 ，有利于平顺性。因此 是有限度的。2 2阻尼比阻尼比 （见下页图）低 差 大 阻尼比在不同频率区内的振动的影响。0f0f z dfof0f路面qdf0f汽车理论讲义（第1版）56汽车理论讲义（第1版）57汽车理论讲义（第1版）58
