第六章 汽車平順性

第六章汽車平順性第一頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根第六章汽車的平順性§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性§6-3汽車振動系統(tǒng)的簡化和單質(zhì)量系統(tǒng)§6-4車身與車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動§6-5雙軸汽車的振動§6-6“人體-座椅”系統(tǒng)的振動第二頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價1．ISO2631－1：1997(E)簡介第三頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價1．ISO2631－1：1997(E)簡介在進(jìn)行舒適性評價時，該標(biāo)準(zhǔn)除了考慮座椅支承面處輸入點3個方向的線振動，還考慮該點3個方向的角振動，以及座椅靠背和腳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。第四頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價1．ISO2631－1：1997(E)簡介第五頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價由表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)系數(shù)均小于0.8。（2）另外IS02631—1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)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k＝1.4，比垂直軸向更敏感。第六頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價（3）標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定座椅靠背水平軸向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(biāo)準(zhǔn)GB／T4970--1996《汽車平順性隨機(jī)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。

第七頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價人體敏感頻率范圍椅面垂直軸向zs的頻率加權(quán)函數(shù)最敏感頻率范圍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為4~12.5Hz。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0.5~2Hz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。

4-8Hz:人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振8-12.5Hz:對人的脊椎系統(tǒng)影響很大第八頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法

IS02631—1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)振動波形峰值系數(shù)<9(峰值系數(shù)是加權(quán)加速度時間歷程aw(t)的峰值與加權(quán)加速度均方根值aw的比值)時，用基本的評價方法——加權(quán)加速度均方根值來評價振動對人體舒適和健康的影響。根據(jù)測量，各種汽車包括越野汽車，在正常行駛工況下對這一方法均適用。

第九頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法基本的評價方法

用基本的評價方法來評價時，先計算各軸向加權(quán)加速度均方根值。具體有兩種計算方法

1.對記錄的加速度時間歷程a(t)，通過相應(yīng)頻率加權(quán)函數(shù)w(f)的濾波網(wǎng)絡(luò)得到加權(quán)加速度時間歷程aw(t)，按下式計算加權(quán)加速度均方根值式中，T--振動的分析時間，一般取120S。

第十頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法基本的評價方法頻率加權(quán)函數(shù)w(f)(漸進(jìn)線)可用右側(cè)公式表示，式中頻率f的單位為Hz

第十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法基本的評價方法

2.對記錄的加速度時間歷程a(t)進(jìn)行頻譜分析得到功率譜密度函數(shù)，按下式計算3.當(dāng)同時考慮椅面xs、ys和zs這三個軸向振動時，三個軸向的總加權(quán)加速度均方根值按下式計算第十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法基本的評價方法

4.有些“人體振動測量儀”采用加權(quán)振級Law，它與加權(quán)加速度均方根值aw換算，按下式進(jìn)行式中，a0為參考加速度均方根值，a0=10-6ms-2

表6—2給出了加權(quán)振級Law和加權(quán)加速度均方根值aw與人的主觀感覺之間的關(guān)系。第十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法基本的評價方法

2．平順性的評價方法第十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-1人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價2．平順性的評價方法輔助評價方法

當(dāng)峰值系數(shù)>9時，IS02631-1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)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，此時采用輔助評價方法——振動劑量值為

第十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性空間頻率參考空間頻率，0.1m-1路面不平度系數(shù)頻率指數(shù)一、路面不平度的功率譜密度第十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性一、路面不平度的功率譜密度路面不平度8級分類標(biāo)準(zhǔn)第十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性一、路面不平度的功率譜密度影線面積為原聯(lián)邦德國1983年公路路面譜分布范圍第十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性

二、空間頻率功率譜轉(zhuǎn)化為時間頻率功率譜0.5m3m車速，m/s空間頻率，m-1時間頻率，s-1e.g.則第十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性

二、空間頻率功率譜轉(zhuǎn)化為時間頻率功率譜結(jié)論：時間頻率或其帶寬分別與空間頻率或其帶寬成正比，比例系數(shù)就是車速?！肮β省毕嗟鹊诙?，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性

二、空間頻率功率譜轉(zhuǎn)化為時間頻率功率譜車速一定時為常數(shù)第二十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性

二、空間頻率功率譜轉(zhuǎn)化為時間頻率功率譜路面不平度功率譜密度第二十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性

三、路面對四輪汽車的輸入功率譜密度第二十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-2路面不平度的統(tǒng)計特性

三、路面對四輪汽車的輸入功率譜密度第二十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)一、汽車振動系統(tǒng)的簡化第二十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)一、汽車振動系統(tǒng)的簡化七自由度汽車振動系統(tǒng)四自由度汽車振動系統(tǒng)第二十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)一、汽車振動系統(tǒng)的簡化懸掛質(zhì)量的動力學(xué)等效總質(zhì)量保持不變質(zhì)心位置不變縱垂面內(nèi)轉(zhuǎn)動慣量保持不變第二十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)一、汽車振動系統(tǒng)的簡化令懸掛質(zhì)量分配系數(shù)若則前、后懸掛質(zhì)量的垂向運動相互獨立，汽車振動系統(tǒng)簡化為兩個獨立的單質(zhì)量系統(tǒng)。第二十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)一、汽車振動系統(tǒng)的簡化兩點說明：大部分汽車的懸掛質(zhì)量分配系數(shù)在0.8與1.2之間；在遠(yuǎn)離車輪部分固有頻率的較低激振頻率范圍，輪胎變形很小，忽略其彈性與車輪質(zhì)量。第二十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動運動方程或齊次方程或第三十頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動運動方程令則系統(tǒng)固有頻率阻尼相對阻尼系數(shù)第三十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動齊次方程的解（小阻尼情況下——）則若第三十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動阻尼比對自由振動的影響（1）（2）第三十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性運動方程令則代入運動方程得再令第三十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性所以記則頻率響應(yīng)函數(shù)第三十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根頻率響應(yīng)函數(shù)是頻率的復(fù)函數(shù)，其模表示輸出諧量與輸入諧量的振幅之比，而其相角表示它們的相位差。前者稱為幅頻特性，后者稱為相頻特性。二者合稱為頻率響應(yīng)特性（簡稱頻響特性）?！?-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)函數(shù)的物理意義幅頻特性相頻特性頻率響應(yīng)特性第三十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性舉例相角滯后30°振幅之比為25/20，即1.25第三十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)函數(shù)的另一種表示前面已經(jīng)定義了和。定義頻率比則第三十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性按照定義，復(fù)振幅之比就是頻率響應(yīng)函數(shù)（雙對數(shù)坐標(biāo)）第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性幅頻響應(yīng)特性曲線的快速畫法確定低頻段和高頻段的漸近線確定上述兩漸近線的交點確定交點頻率比下的幅值第四十頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)三、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性關(guān)于幅頻特性的討論低頻段共振段高頻段低頻段高頻段共振段第四十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根車身加速度（影響平順性和乘坐舒適性）懸架彈簧的動撓度（與設(shè)計空間有關(guān)，間接影響平順性和乘坐舒適性）路面與車輪間的動載（反映安全性）§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)四、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)平順性分析的振動響應(yīng)量第四十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)四、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)振動響應(yīng)量的功率譜密度與均方根值（線性系統(tǒng)、單輸入條件下）均方值方差均值為0時：第四十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)四、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)振動響應(yīng)量的概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系正態(tài)分布情況下，落在以外的概率汽車振動響應(yīng)量的標(biāo)準(zhǔn)差、界限值和概率三者之間，任知兩個即可求出第三個。第四十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)四、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)振動響應(yīng)量的概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系例1要求車身加速度超過1g的概率，求車身加速度的標(biāo)準(zhǔn)差。例2某一汽車懸架彈簧動撓度的標(biāo)準(zhǔn)差，現(xiàn)要求動撓度超過限位行程，即撞擊限位的概率，求。例3已知，求車輪跳離地面的概率。第四十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)四、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)車身加速度功率譜密度的計算分析因路面不平度速度譜密度為常數(shù)，此式最方便第四十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根§6-3汽車振動單質(zhì)量系統(tǒng)四、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)車身加速度功率譜密度的計算分析(續(xù))第四十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日汽車?yán)碚摫本┖娇蘸教齑髮W(xué)丁能根車身加速度均方根值譜的計算第四十