汽車理論講義

1、汽車理論講義（第1版）趙又群編著1第六章 汽車的平順性n預(yù)備知識預(yù)備知識 汽車行駛系的功能、汽車行駛系的功能、組成、構(gòu)造及工作原理。組成、構(gòu)造及工作原理。 隨機振動基礎(chǔ)知識。隨機振動基礎(chǔ)知識。n中心思想中心思想 首先介紹首先介紹平順性的平順性的基本概念基本概念（人體對振動（人體對振動的反應(yīng)、評價指標），的反應(yīng)、評價指標），然后建立然后建立簡單汽車和輸簡單汽車和輸入入模型模型，最后進行最后進行振動振動的的響應(yīng)分析響應(yīng)分析。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著2引 言 一、概念一、概念 1. 汽車平順性汽車平順性 2. 乘坐舒適性乘坐舒適性 圖6.1汽車振動系統(tǒng) 環(huán)境輸輸輸入入入 q q q, ,

2、,u u u 輸出 a,FD 評價指標 與汽車操縱穩(wěn)定性有關(guān)汽車汽車理論講義（第1版）趙又群編著3引 言 二、本章內(nèi)容二、本章內(nèi)容 1. 1. 人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價。人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價。 2 2振動輸入路面不平度的統(tǒng)計特性，道路振動輸入路面不平度的統(tǒng)計特性，道路譜。譜。 3 3汽車振動系統(tǒng)化，系統(tǒng)頻響特性和參數(shù)對汽車振動系統(tǒng)化，系統(tǒng)頻響特性和參數(shù)對響應(yīng)（輸出）的影響。響應(yīng)（輸出）的影響。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著4第一節(jié) 人體對振動的反應(yīng)和平順性評價人體對振動的反應(yīng)和平順性評價 n思考題思考題 坐車時的感覺，如何判斷汽車平順性/舒適性？n本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容本節(jié)應(yīng)掌握

3、的內(nèi)容 1. ISO26311：1997(E) 。 2. 平順性的評價方法 。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著5一、人體對振動的反應(yīng)一、人體對振動的反應(yīng) 1ISO26311：1997(E) （1）人體對振動的敏感程度因人而異。 （2）70年代 ISO2631人承受全身振動的評價指南。 （3）以短時間簡諧振動實驗為基礎(chǔ)，1985年開始不斷補充、修正，直到1997年 。 （4）ISO26311：1997(E)人承受全身振動的評價第一部分：一般要求。評價長時間作用的隨機振動和多點輸入多軸向振動環(huán)境對人體的影響時，能與主觀感覺更好地符合。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著6一、人體對振動的反應(yīng)一、人

4、體對振動的反應(yīng)2ISO26311：1997(E)簡介 汽車理論講義（第1版）趙又群編著7一、人體對振動的反應(yīng)一、人體對振動的反應(yīng)2ISO26311：1997(E)簡介 標準規(guī)定了圖6-2所示的人體坐姿受振模型。在進行舒適性評價時，它除了考慮座椅座椅支承面支承面處輸入點3個方向的線振動，還考慮該點3個方向的角振動，以及座椅靠背座椅靠背和腳腳支承面支承面兩個輸入點各3個方向的線振動，共3個輸入點12個軸向的振動。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著8一、人體對振動的反應(yīng)一、人體對振動的反應(yīng)2ISO26311：1997(E)簡介 此標準仍認為人體對不同頻率振動的敏感程度不同，在圖6-3上給出了各軸向0

5、.5-80Hz的頻率加權(quán)函數(shù)(漸進線)，又考慮不同輸入點、不同軸向的振動對人體影響的差異，還給出了各軸向振動的軸加權(quán)系數(shù)k。表6-1給出了三個輸入點12個軸向，分別選用哪一個頻率加權(quán)函數(shù)和相應(yīng)軸加權(quán)系數(shù)k，并列出了一輛European小轎車在城市公路上行駛時，實測的各軸向加權(quán)加速度均方根值aw，然后算出總的加權(quán)加速度均方根值av。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著9汽車理論講義（第1版）趙又群編著10一、人體對振動的反應(yīng)一、人體對振動的反應(yīng) 由表6-1上各軸向的軸加權(quán)系數(shù)可以看出: （1） 椅面輸入點xs、ys、zs三個線振動的軸加權(quán)系數(shù)k=1，是12個軸向中人體最敏感的，其余各軸向的軸加權(quán)系

6、數(shù)均小于0.8。 （2）另外IS026311：1997(E)標準還規(guī)定，當(dāng)評價振動對人體健康的影響時，就考慮xs、ys、zs這三個軸向，且xs、ys兩個水平軸向的軸加權(quán)系數(shù)取k1.4，比垂直軸向更敏感。 （3）標準還規(guī)定靠背水平軸向xb、yb可以由椅面xs、ys水平軸向代替，此時軸加權(quán)系數(shù)取k=1.4。 （4）因此，我國在修訂的相應(yīng)標準GBT4970-1996汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法時，評價汽車平順性就考慮椅面xs、ys、zs這三個軸向。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著11一、人體對振動的反應(yīng)一、人體對振動的反應(yīng)2ISO26311：1997(E)簡介 椅面垂直軸向zs的頻率加權(quán)函數(shù)最敏

7、感頻率范圍標準規(guī)定為4125Hz，在4-8Hz這個頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振，而8-125Hz頻率范圍的振動對人的脊椎系統(tǒng)影響很大。椅面水平軸向xs、ys的頻率加權(quán)函數(shù) 最敏感頻率范圍為05-2Hz，大約在3Hz以下，水平振動比垂直振動更敏感，且汽車車身部分系統(tǒng)在此頻率范圍產(chǎn)生共振，故應(yīng)對水平振動給予充分重視。 d汽車理論講義（第1版）趙又群編著12二、平順性的評價方法二、平順性的評價方法 IS026311：1997(E)標準規(guī)定，當(dāng)振動波形峰值系數(shù)9時，IS02631-1：1997(E)標準規(guī)定用均4次方限值的方法來評價，它能更好地估計偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數(shù)振動對人體的影響，

8、此時采用輔助評價方法振動劑量值為 75. 141T04wdttamsVDV汽車理論講義（第1版）趙又群編著19第一節(jié)結(jié)束！第一節(jié)結(jié)束！汽車理論講義（第1版）趙又群編著20第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計特性 n思考題思考題 能量的基本公式怎樣表達？n本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容 1. 功率譜密度平均能量的譜分布。 2. 空間頻率與時間頻率的關(guān)系。 3. 路面對四輪汽車的輸入譜。汽車理論講義（第1版）趙又群編著21一、一、路面不平度的功率譜路面不平度的功率譜 1 1不平度函數(shù)不平度函數(shù) 路面相對基準平面的高度q，沿道路走向長度I的變化q(I)。 2 2功率譜密度功率譜密度（psd） 式中 代表平均能

9、量。 功率譜密度，平均能量的譜分布。 dtXER2202 汽車理論講義（第1版）趙又群編著22一、一、路面不平度的功率譜路面不平度的功率譜3 3路面不平度系數(shù)及路面功率譜密度的擬路面不平度系數(shù)及路面功率譜密度的擬合合 式中 n空間頻率，它是波長的倒數(shù)，單位m表 示每米長度中包括幾個波長。 n0參考空間頻率，n=0.1m-1 在n頻率時路面譜值稱為路面不平度系數(shù) W頻率指數(shù)（雙對數(shù)坐標上斜線的斜率）， 它決定路面譜的頻率結(jié)構(gòu)，一般W=2. wqqnnnGnG00 0nGq汽車理論講義（第1版）趙又群編著23一、一、路面不平度的功率譜路面不平度的功率譜4根據(jù)根據(jù) 、 將路面劃分為八個等級將路面劃分

10、為八個等級 0nGq2q汽車理論講義（第1版）趙又群編著24汽車理論講義（第1版）趙又群編著25一、一、路面不平度的功率譜路面不平度的功率譜 5 5速度功率譜、加速度功率譜速度功率譜、加速度功率譜 當(dāng)W=2時，為白噪聲。 nGnnGqq22 nGnnGqq42 0202nGnnGqq汽車理論講義（第1版）趙又群編著26 二、二、 化為1 1關(guān)系關(guān)系 f=un f=un 式中 路面譜在頻帶n內(nèi)包含的“功率”。且 則 nGq fGq nlimnGnqnq202nq ffGnqfq20lim nGufGqq1汽車理論講義（第1版）趙又群編著27 二、二、 化為 2 3 fGq 22002001fun

11、nGnnnGufGqqq unnGfGffGqqq2002242 220044162ufnnGfGffGqqq nGq汽車理論講義（第1版）趙又群編著28第二節(jié)結(jié)束！第二節(jié)結(jié)束！汽車理論講義（第1版）趙又群編著29第三節(jié) 汽車振動系統(tǒng)的簡化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動 n思考題思考題 1. 如此復(fù)雜的汽車怎樣能夠簡化成比較簡單的多自由度系統(tǒng)？ 2. 振動系統(tǒng)分類？n本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容 1. 7、4、2、1個自由度簡化模型。 2. 單質(zhì)量系統(tǒng)的振動 。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著30一、汽車振動系統(tǒng)的簡化一、汽車振動系統(tǒng)的簡化17個自由度模型 懸掛質(zhì)量：車身車架車架上的總成 m23自由

12、度 （垂直、俯仰、側(cè)傾） 減振器懸架彈簧 非懸掛質(zhì)量：車輪車軸 m14自由度 （垂直） 見下頁圖 ：汽車理論講義（第1版）趙又群編著31汽車理論講義（第1版）趙又群編著32一、汽車振動系統(tǒng)的簡化一、汽車振動系統(tǒng)的簡化24個自由度模型 汽車對稱于其縱軸線，且左、右車轍的不平度函數(shù)相等：x(I)=y(I)。 懸掛質(zhì)量：車身車架車架上的總成 m22自由度 （垂直、俯仰）減振器懸架彈簧 非懸掛質(zhì)量：車輪車軸 m12自由度 （垂直）汽車理論講義（第1版）趙又群編著33汽車理論講義（第1版）趙又群編著34一、汽車振動系統(tǒng)的簡化一、汽車振動系統(tǒng)的簡化32個自由度模型 懸掛質(zhì)量分配系數(shù)： 即m2c=0，m2f

13、、m2r在z方向上的運動相互獨立，實際上是兩個雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動。 12aby汽車理論講義（第1版）趙又群編著35一、汽車振動系統(tǒng)的簡化一、汽車振動系統(tǒng)的簡化41個自由度模型 輪胎在低頻區(qū)內(nèi)5Hz以下，忽略輪胎的彈性與車輪的質(zhì)量。 汽車理論講義（第1版）趙又群編著36二、車身單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動運動微分方程： 運動微分方程的解：通解特解（齊次解非齊次解）令 阻尼比 固有圓頻率則齊次方程為 令 則 02)qz(k)qz( czm kmcmc220220220mk02200zzz 22mcn 0202nmc0220zznz 汽車理論講義（第1版）趙又群編著37二、車身單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動 tsinA

14、ezt0210tnAeznt220sin汽車理論講義（第1版）趙又群編著38三、阻尼比對衰減振動的影響1 1與有阻尼固有頻率有關(guān)與有阻尼固有頻率有關(guān)當(dāng) 時， 只比 下降了3%左右。工程上，視 。成立202201nr250.r00r20mk200212mkf汽車理論講義（第1版）趙又群編著39三、阻尼比對衰減振動的影響2 2決定振幅的衰減程度決定振幅的衰減程度 2200011111212221eeeeAeAeAAdrnTTtnnt212lnddln/22411汽車理論講義（第1版）趙又群編著40四、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性1 1頻率響應(yīng)特性概念頻率響應(yīng)特性概念 QZqzjHqz20jezz 10

15、jeqq 1200jqzeqzjH jqzqzejHjH00qzjHqz 12汽車理論講義（第1版）趙又群編著41四、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性2 2頻率響應(yīng)特性推導(dǎo)頻率響應(yīng)特性推導(dǎo) 0)()(2qzkqzczm 022)qz(k)qz(jczjm kjcqkjcmz22 jckmcjkqzqzjHqz22jjjHqz21212020mk22 kmc汽車理論講義（第1版）趙又群編著42汽車理論講義（第1版）趙又群編著43四、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性 3 3幅頻特性分析幅頻特性分析 （1）低頻段0,0.75， 略大于1，不呈現(xiàn)明顯的動態(tài)特性，阻尼比對這一段的影響不大。（2）共振段0.75, ， 出

16、現(xiàn)共振峰值，將輸入位移放大，加大 可使共振峰明顯下降。 （3）高頻段 ， ，在 時， 1，與阻尼比無關(guān)；在 時， ，對輸入起衰減作用，阻尼比減小對減振有利。 2122222121qzjHqz2qz22qz21qz汽車理論講義（第1版）趙又群編著44五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng) 1 1用隨機振動理論分析汽車平順性用隨機振動理論分析汽車平順性 （1）平順性分析的振動響應(yīng)量 車身加速度 懸架動撓度 車輪與路面間動載荷 （2）振動響應(yīng)的功率譜與均方根值 設(shè) 的均值為零，則方差（均方值），為 式中 標準差，均值為零時就等于均方根值。 z dfdF fGfHfGqq

17、xx2 dffGfHdffGqqxxx2002xx汽車理論講義（第1版）趙又群編著45五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng) 1 1用隨機振動理論分析汽車平順性用隨機振動理論分析汽車平順性 （3）概率分布與標準差的關(guān)系 （ ） 可通過查表或計算機計算得到： ，界限 ，概率P 任選2個 另1個 00222002111xxdxxxxxexxPxxP0Xxxx0汽車理論講義（第1版）趙又群編著46五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng) 2 2車身加速度功率譜車身加速度功率譜 的計算分析的計算分析 （1） 與圓頻率 成正比（共振，高頻）。見下

18、頁圖（2）共振時， 高頻段， zG qqzzGjHG2 qzqzqzjHqz22 qzqzqzjHqz2 qzqzqzjHqz22 qz 0qz qz 汽車理論講義（第1版）趙又群編著47汽車理論講義（第1版）趙又群編著48五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)3 3車輪與路面間相對動載荷車輪與路面間相對動載荷 對對 的幅頻特性的幅頻特性 與 的幅頻特性的趨勢完全一樣。4 4懸架的撓度懸架的撓度 對對 的幅頻特性的幅頻特性 限位行程 由車身平衡位置起，懸架允許最大壓縮行程。 GFdq zmFd 2gzGFd qGFdqz dfq qzfdjqzqqzqfd21122222221qfd汽車理論講義（第1版）趙又群編著49五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng)4 4懸架的撓度懸架的撓度 對對 的幅頻特性（的幅頻特性（見下頁圖）（1）低頻段 ， 。（2）高頻段 ， 彈簧變形路面輸入。 （3）共振段 ， 。因此，懸架系統(tǒng) 幅頻特性： dfq 12qfd101zqfd15.0,10,21qfd通慮波器是將低頻輸入衰減的高對動撓度低通慮波器，是將高頻輸入衰減的對車身位移,fdzqfqfdd1汽車理論講義（第1版）趙又群編著50汽車理論講義（第1版）趙又群編著51汽車理論講義（第1版）趙又群編著52第