汽車?yán)碚撜n件第六章汽車的平順性

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

一、概念

1.汽車平順性

2.乘坐舒適性

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

二、本章內(nèi)容

1.人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)。

2．振動輸入－路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性，道路譜。

3．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。

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

思考題

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

1.ISO2631－1：1997(E)。

2.平順性的評價(jià)方法。

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

1．ISO2631－1：1997(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(jià)指南》。（3）以短時(shí)間簡諧振動實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，1985年開始不斷補(bǔ)充、修正，直到1997年。（4）ISO2631－1：1997(E)《人承受全身振動的評價(jià)－第一部分：一般要求》。評價(jià)長時(shí)間作用的隨機(jī)振動和多點(diǎn)輸入多軸向振動環(huán)境對人體的影響時(shí)，能與主觀感覺更好地符合。

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

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

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)方向的線振動，還考慮該點(diǎn)3個(gè)方向的角振動，以及座椅靠背和腳支承面兩個(gè)輸入點(diǎn)各3個(gè)方向的線振動，共3個(gè)輸入點(diǎn)12個(gè)軸向的振動。

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

此標(biāo)準(zhǔn)仍認(rèn)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0.5-80Hz的頻率加權(quán)函數(shù)(漸進(jìn)線)，又考慮不同輸入點(diǎn)、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(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小轎車在城市公路上行駛時(shí)，實(shí)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。

第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）9第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）10一、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(diǎn)xs、ys、zs三個(gè)線振動的軸加權(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)評價(jià)振動對人體健康的影響時(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(yàn)方法》時(shí)，評價(jià)汽車平順性就考慮椅面xs、ys、zs這三個(gè)軸向。第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）11一、人體對振動的反應(yīng)2．ISO2631－1：1997(E)簡介

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。

第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）12二、平順性的評價(jià)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(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)，用基本的評價(jià)方法——加權(quán)加速度均方根值來評價(jià)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。第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）13二、平順性的評價(jià)方法

(一)基本的評價(jià)方法

用基本的評價(jià)方法來評價(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.對記錄的加速度時(shí)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(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--振動的分析時(shí)間，一般取120S。

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

(一)基本的評價(jià)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。

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

(一)基本的評價(jià)方法

2.對記錄的加速度時(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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）16二、平順性的評價(jià)方法(一)基本的評價(jià)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。

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

(二)輔助評價(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次方限值的方法來評價(jià)，它能更好地估計(jì)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(shí)采用輔助評價(jià)方法——振動劑量值為

第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）19第一節(jié)結(jié)束！第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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.路面對四輪汽車的輸入譜。第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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)路面相對基準(zhǔn)平面的高度q，沿道路走向長度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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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λ的倒數(shù)，單位m表示每米長度中包括幾個(gè)波長。

n0——參考空間頻率，n=0.1m-1

——在n頻率時(shí)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(biāo)上斜線的斜率），它決定路面譜的頻率結(jié)構(gòu)，一般W=2.

第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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

第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）24第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）27二、化為

2．

3．

第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）28第二節(jié)結(jié)束！第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）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

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？本節(jié)應(yīng)掌握的內(nèi)容

1.7、4、2、1個(gè)自由度簡化模型。

2.單質(zhì)量系統(tǒng)的振動。

第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）30一、汽車振動系統(tǒng)的簡化1．7個(gè)自由度模型懸掛質(zhì)量：車身＋車架＋車架上的總成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：車輪＋車軸m1－4自由度（垂直）見下頁圖：第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）31第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）32一、汽車振動系統(tǒng)的簡化2．4個(gè)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m2－2自由度（垂直、俯仰）減振器＋懸架彈簧

非懸掛質(zhì)量：車輪＋車軸

m1－2自由度（垂直）第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）33第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）34一、汽車振動系統(tǒng)的簡化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)動相互獨(dú)立，實(shí)際上是兩個(gè)雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動。

第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）35一、汽車振動系統(tǒng)的簡化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輪的質(zhì)量。第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）36二、車身單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動運(yùn)動微分方程：

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

第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）38三、阻尼比對衰減振動的影響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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）39三、阻尼比對衰減振動的影響2．決定振幅的衰減程度

第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）42第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?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)明顯的動態(tài)特性，阻尼比對這一段的影響不大。（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，與阻尼比無關(guān)；在時(shí)，，對輸入起衰減作用，阻尼比減小對減振有利。

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

1．用隨機(jī)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(biāo)準(zhǔn)差，均值為零時(shí)就等于均方根值。第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）45五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)

1．用隨機(jī)振動理論分析汽車平順性

（3）概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系（）可通過查表或計(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，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）46五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)

2．車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）。見下頁圖（2）共振時(shí)，高頻段，第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）47第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期日汽車?yán)碚撝v義（第1版）48五、單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)3．車輪與路面間相對動載荷對的幅頻特性

與的幅頻特性的趨勢完全一樣。4．懸架的撓度對的幅頻特性

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