汽車(chē)?yán)碚撜n件第六章汽車(chē)的平順性

汽車(chē)?yán)碚撜n件第六章汽車(chē)的平順性汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）1第一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）2引言

一、概念

1.汽車(chē)平順性

2.乘坐舒適性

圖6.1汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)第二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）3引言

二、本章內(nèi)容

1.人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)。

2．振動(dòng)輸入－路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性，道路譜。

3．汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)化，系統(tǒng)頻響特性和參數(shù)對(duì)響應(yīng)（輸出）的影響。

第三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）4第一節(jié)人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性評(píng)價(jià)

思考題

坐車(chē)時(shí)的感覺(jué)，如何判斷汽車(chē)平順性/舒適性？本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容

1.ISO2631－1：1997(E)。

2.平順性的評(píng)價(jià)方法。

第四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）5一、人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)

1．ISO2631－1：1997(E)

（1）人體對(duì)振動(dòng)的敏感程度因人而異。（2）70年代ISO2631《人承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)指南》。（3）以短時(shí)間簡(jiǎn)諧振動(dòng)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，1985年開(kāi)始不斷補(bǔ)充、修正，直到1997年。（4）ISO2631－1：1997(E)《人承受全身振動(dòng)的評(píng)價(jià)－第一部分：一般要求》。評(píng)價(jià)長(zhǎng)時(shí)間作用的隨機(jī)振動(dòng)和多點(diǎn)輸入多軸向振動(dòng)環(huán)境對(duì)人體的影響時(shí)，能與主觀感覺(jué)更好地符合。

第五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）6一、人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)2．ISO2631－1：1997(E)簡(jiǎn)介

第六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）7一、人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)2．ISO2631－1：1997(E)簡(jiǎn)介

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了圖6-2所示的人體坐姿受振模型。在進(jìn)行舒適性評(píng)價(jià)時(shí)，它除了考慮座椅支承面處輸入點(diǎn)3個(gè)方向的線(xiàn)振動(dòng)，還考慮該點(diǎn)3個(gè)方向的角振動(dòng)，以及座椅靠背和腳支承面兩個(gè)輸入點(diǎn)各3個(gè)方向的線(xiàn)振動(dòng)，共3個(gè)輸入點(diǎn)12個(gè)軸向的振動(dòng)。

第七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）8一、人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)2．ISO2631－1：1997(E)簡(jiǎn)介

此標(biāo)準(zhǔn)仍認(rèn)為人體對(duì)不同頻率振動(dòng)的敏感程度不同，在圖6-3上給出了各軸向0.5-80Hz的頻率加權(quán)函數(shù)(漸進(jìn)線(xiàn))，又考慮不同輸入點(diǎn)、不同軸向的振動(dòng)對(duì)人體影響的差異，還給出了各軸向振動(dòng)的軸加權(quán)系數(shù)k。表6-1給出了三個(gè)輸入點(diǎn)12個(gè)軸向，分別選用哪一個(gè)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(chē)在城市公路上行駛時(shí)，實(shí)測(cè)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。

第八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）9第九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）10一、人體對(duì)振動(dòng)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(diǎn)xs、ys、zs三個(gè)線(xiàn)振動(dòng)的軸加權(quán)系數(shù)k=1，是12個(gè)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(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人體健康的影響時(shí)，就考慮xs、ys、zs這三個(gè)軸向，且xs、ys兩個(gè)水平軸向的軸加權(quán)系數(shù)取k＝1.4，比垂直軸向更敏感。

（3）標(biāo)準(zhǔn)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(shí)軸加權(quán)系數(shù)取k=1.4。

（4）因此，我國(guó)在修訂的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB／T4970--1996《汽車(chē)平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》時(shí)，評(píng)價(jià)汽車(chē)平順性就考慮椅面xs、ys、zs這三個(gè)軸向。第十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）11一、人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)2．ISO2631－1：1997(E)簡(jiǎn)介

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，在4-8Hz這個(gè)頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振，而8-12．5Hz頻率范圍的振動(dòng)對(duì)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0．5-2Hz，大約在3Hz以下，水平振動(dòng)比垂直振動(dòng)更敏感，且汽車(chē)車(chē)身部分系統(tǒng)在此頻率范圍產(chǎn)生共振，故應(yīng)對(duì)水平振動(dòng)給予充分重視。

第十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）12二、平順性的評(píng)價(jià)方法

IS02631—1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)振動(dòng)波形峰值系數(shù)<9(峰值系數(shù)是加權(quán)加速度時(shí)間歷程aw(t)的峰值與加權(quán)加速度均方根值aw的比值)時(shí)，用基本的評(píng)價(jià)方法——加權(quán)加速度均方根值來(lái)評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人體舒適和健康的影響。根據(jù)測(cè)量，各種汽車(chē)包括越野汽車(chē)，在正常行駛工況下對(duì)這一方法均適用。第十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）13二、平順性的評(píng)價(jià)方法

(一)基本的評(píng)價(jià)方法

用基本的評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)時(shí)，先計(jì)算各軸向加權(quán)加速度均方根值。具體有兩種計(jì)算方法

1.對(duì)記錄的加速度時(shí)間歷程a(t)，通過(guò)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(shí)間歷程aw(t)，按下式計(jì)算加權(quán)加速度均方根值式中，T--振動(dòng)的分析時(shí)間，一般取120S。

第十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）14二、平順性的評(píng)價(jià)方法

(一)基本的評(píng)價(jià)方法

頻率加權(quán)函數(shù)w(f)(漸進(jìn)線(xiàn))可用右側(cè)公式表示，式中頻率f的單位為Hz。

第十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）15二、平順性的評(píng)價(jià)方法

(一)基本的評(píng)價(jià)方法

2.對(duì)記錄的加速度時(shí)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(jì)算

3.當(dāng)同時(shí)考慮椅面xs、ys、zs，這三個(gè)軸向振動(dòng)時(shí)，三個(gè)軸向的總加權(quán)加速度均方根值按下式計(jì)算第十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）16二、平順性的評(píng)價(jià)方法(一)基本的評(píng)價(jià)方法

4.有些“人體振動(dòng)測(cè)量?jī)x”采用加權(quán)振級(jí)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(jí)Law和加權(quán)加速度均方根值aw與人的主觀感覺(jué)之間的關(guān)系。

第十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）17二、平順性的評(píng)價(jià)方法第十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）18二、平順性的評(píng)價(jià)方法

(二)輔助評(píng)價(jià)方法

當(dāng)峰值系數(shù)>9時(shí)，IS02631-1：1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用均4次方限值的方法來(lái)評(píng)價(jià)，它能更好地估計(jì)偶爾遇到過(guò)大的脈沖引起的高峰值系數(shù)振動(dòng)對(duì)人體的影響，此時(shí)采用輔助評(píng)價(jià)方法——振動(dòng)劑量值為

第十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）19第一節(jié)結(jié)束！第十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）20第二節(jié)路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

思考題

能量的基本公式怎樣表達(dá)？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(shí)間頻率的關(guān)系。

3.路面對(duì)四輪汽車(chē)的輸入譜。第二十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）21一、路面不平度的功率譜

1．不平度函數(shù)路面相對(duì)基準(zhǔn)平面的高度q，沿道路走向長(zhǎng)度I的變化q(I)。

2．功率譜密度（psd）

式中－代表平均能量。－功率譜密度，平均能量的譜分布。

第二十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）22一、路面不平度的功率譜3．路面不平度系數(shù)及路面功率譜密度的擬合

式中n——空間頻率，它是波長(zhǎng)λ的倒數(shù)，單位m表示每米長(zhǎng)度中包括幾個(gè)波長(zhǎng)。

n0——參考空間頻率，n=0.1m-1

——在n頻率時(shí)路面譜值稱(chēng)為路面不平度系數(shù)

W——頻率指數(shù)（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上斜線(xiàn)的斜率），它決定路面譜的頻率結(jié)構(gòu)，一般W=2.

第二十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）23一、路面不平度的功率譜4．根據(jù)、將路面劃分為八個(gè)等級(jí)

第二十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）24第二十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）25一、路面不平度的功率譜

5．速度功率譜、加速度功率譜

當(dāng)W=2時(shí)，為白噪聲。

第二十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）26二、化為1．關(guān)系

f=unΔf=uΔn式中－路面譜在頻帶Δn內(nèi)包含的“功率”。且則

第二十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）27二、化為

2．

3．

第二十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）28第二節(jié)結(jié)束！第二十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）29第三節(jié)汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)

思考題

1.如此復(fù)雜的汽車(chē)怎樣能夠簡(jiǎn)化成比較簡(jiǎn)單的多自由度系統(tǒng)？

2.振動(dòng)系統(tǒng)分類(lèi)？本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容

1.7、4、2、1個(gè)自由度簡(jiǎn)化模型。

2.單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)。

第二十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）30一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化1．7個(gè)自由度模型懸掛質(zhì)量：車(chē)身＋車(chē)架＋車(chē)架上的總成m2－3自由度（垂直、俯仰、側(cè)傾）

減振器＋懸架彈簧

非懸掛質(zhì)量：車(chē)輪＋車(chē)軸m1－4自由度（垂直）見(jiàn)下頁(yè)圖：第三十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）31第三十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）32一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化2．4個(gè)自由度模型

汽車(chē)對(duì)稱(chēng)于其縱軸線(xiàn)，且左、右車(chē)轍的不平度函數(shù)相等：x(I)=y(I)。懸掛質(zhì)量：車(chē)身＋車(chē)架＋車(chē)架上的總成m2－2自由度（垂直、俯仰）減振器＋懸架彈簧

非懸掛質(zhì)量：車(chē)輪＋車(chē)軸

m1－2自由度（垂直）第三十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）33第三十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）34一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化3．2個(gè)自由度模型

懸掛質(zhì)量分配系數(shù)：

即m2c=0，m2f、m2r在z方向上的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，實(shí)際上是兩個(gè)雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)。

第三十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）35一、汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化4．1個(gè)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(chē)輪的質(zhì)量。第三十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）36二、車(chē)身單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)運(yùn)動(dòng)微分方程：

運(yùn)動(dòng)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第三十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）37二、車(chē)身單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)

第三十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）38三、阻尼比對(duì)衰減振動(dòng)的影響1．與有阻尼固有頻率有關(guān)當(dāng)時(shí)，只比下降了3%左右。工程上，視。成立第三十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）39三、阻尼比對(duì)衰減振動(dòng)的影響2．決定振幅的衰減程度

第三十九頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）40四、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性1．頻率響應(yīng)特性概念

第四十頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）41四、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性2．頻率響應(yīng)特性推導(dǎo)

第四十一頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）42第四十二頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）43四、單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性

3．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(dòng)態(tài)特性，阻尼比對(duì)這一段的影響不大。（2）共振段〔0.75,〕，出現(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(shí)，＝1，與阻尼比無(wú)關(guān)；在時(shí)，，對(duì)輸入起衰減作用，阻尼比減小對(duì)減振有利。

第四十三頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）44五、單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)

1．用隨機(jī)振動(dòng)理論分析汽車(chē)平順性

（1）平順性分析的振動(dòng)響應(yīng)量車(chē)身加速度懸架動(dòng)撓度車(chē)輪與路面間動(dòng)載荷（2）振動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)差，均值為零時(shí)就等于均方根值。第四十四頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）45五、單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)

1．用隨機(jī)振動(dòng)理論分析汽車(chē)平順性

（3）概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系（）可通過(guò)查表或計(jì)算機(jī)計(jì)算得到：，界限，概率P

任選2個(gè)另1個(gè)第四十五頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）46五、單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)

2．車(chē)身加速度功率譜的計(jì)算分析

（1）與圓頻率成正比（共振，高頻）。見(jiàn)下頁(yè)圖（2）共振時(shí)，高頻段，第四十六頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）47第四十七頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）48五、單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)3．車(chē)輪與路面間相對(duì)動(dòng)載荷對(duì)的幅頻特性

與的幅頻特性的趨勢(shì)完全一樣。4．懸架的撓度對(duì)的幅頻特性

限位行程〔〕由車(chē)身平衡位置起，懸架允許最大壓縮行程。第四十八頁(yè)，共五十八頁(yè)，編輯于2023年，星期日汽車(chē)?yán)碚撝v義（第1版）49五、單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)4．懸架的撓度對(duì)的幅頻特性（見(jiàn)