汽車垂向動力學(xué)

第7章汽車垂向動力學(xué)§7.1路面輸入及其模型路面測量方法經(jīng)典測量方法使用水平儀和標(biāo)尺測量路面不平度，精確，但費(fèi)工費(fèi)時(shí)。目前根本不采用。路面不平度測量儀安裝在車體或拖車尾部，通過拖帶的從動輪來測量路面不平度，分單軌式、雙軌式，可分別用于測量單側(cè)輪軌跡或左右兩側(cè)輪軌跡的路面不平輸入。非接觸式路面測量裝置安裝在汽車前部，利用激光或超聲波探測路面不平度。注意：汽車輪胎與地面有一定的接觸長度，對路面不平中的小分量有包絡(luò)效應(yīng)。因此，一般不需要測量路面的細(xì)致紋理。§7.1路面輸入及其模型實(shí)測路面輪廓數(shù)據(jù)的處理目的是獲得路面的統(tǒng)計(jì)特征，常用手段是傅里葉變換。路面輪廓路面功率譜密度〔空間頻率〕多道路面輪廓路面相關(guān)函數(shù)〔空間頻率〕路譜一般采用雙對數(shù)坐標(biāo)，橫坐標(biāo)常用倍頻帶、1/3倍頻帶、1/12倍頻帶。實(shí)測路譜通常在高頻局部出現(xiàn)劇烈震蕩，因此，需對實(shí)測路譜曲線做光滑處理。譜分析譜分析出現(xiàn)劇烈震蕩光滑處理后的路譜§7.1路面輸入及其模型路面輸入的頻域模型空間譜密度S(m3/cycle)空間頻率n(cycle/m)下截止頻率n0一般在0.01cycle/m。雙對數(shù)坐標(biāo)下譜線斜率p1、p2取值范圍一般在2~3。不平度系數(shù)G0(m3/cycle)高速路：3108~5107，均值1107；主干道：3108~8106，均值5107；支路：5107~3105，均值5106；給定車速u，那么可將空間譜密度轉(zhuǎn)換為時(shí)間譜密度。因f=un；據(jù)譜密度的定義可導(dǎo)出S(f)=S(n)/u故S(f)=G0up1/fp§7.1路面輸入及其模型路面輸入的時(shí)域模型根據(jù)空間譜密度函數(shù)可構(gòu)建距離域的路面函數(shù)；根據(jù)時(shí)間譜密度函數(shù)可構(gòu)建時(shí)間域的路面函數(shù)。方法是按譜密度函數(shù)取得任意頻率諧波分量的幅值，初相位那么隨機(jī)產(chǎn)生，所有這些具有隨機(jī)相位差的諧波合成即得所求路面函數(shù)。利用隨機(jī)濾波白噪聲表達(dá)路面功率譜密度，從而將路面不平度位移在時(shí)間域表達(dá)為白噪聲的積分。在頻域：其中取p=2；白噪聲W的方差可取為1；其中Zg為路面不平度位移；可導(dǎo)出：注意條件注意關(guān)系§7.1路面輸入及其模型特殊路面輸入有二十余種典型路面用于汽車可靠性強(qiáng)化道路試驗(yàn)。石塊路〔比利時(shí)路〕卵石路扭曲路搓板路魚鱗坑路條石路波形路坑洞裂縫標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)坑洞斷面圖§7.2人體對振動的反響與平順性標(biāo)準(zhǔn)概述人體對振動反響的影響因素：個(gè)體，姿勢，身體部位；振動方向，頻率等。在車輛舒適性中主要考慮坐姿受振模型。按振動屬性分類振動的幅值和頻率作用的位置和方向作用時(shí)間還可按其它方式分類，如：健康狀況、舒適程度、工作效率、主觀感覺、暈車反響等。如何定量評價(jià)車輛乘坐舒適性，是一個(gè)有爭議的問題；制訂的標(biāo)準(zhǔn)也在開展和完善中。ISO2631(1974年版)《人體承受全身振動評價(jià)指南》ISO2631/1(1985修訂版)Draft5〔第5草案〕ISO2631-1(1997修訂版)§7.2人體對振動的反響與平順性標(biāo)準(zhǔn)ISO26311974版簡介以振動加速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分垂直、水平方向推薦三個(gè)與頻率相關(guān)的評價(jià)指標(biāo)。暴露極限疲勞-工效降低極限舒適性降低極限實(shí)際處理：按界限曲線對1~80Hz的測量信號進(jìn)行頻率加權(quán)，獲得加權(quán)總體加速度均方根值，再與界限的敏感頻率范圍限值比較評價(jià)。存在主要問題：疲勞-工效降低界限指標(biāo)不合理。未定義1Hz以下的界限曲線。沒有角振動的評價(jià)方法。長時(shí)間振動暴露情況下，對時(shí)間因素的過多依賴，也缺乏足夠證據(jù)?！?.2人體對振動的反響與平順性標(biāo)準(zhǔn)ISO26311985版的改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)中不再規(guī)定振動界限，而僅以附錄形式給出各種振動水平可能產(chǎn)生的效應(yīng)。強(qiáng)調(diào)沒有足夠證據(jù)就不作指標(biāo)精度方面的要求。增加以下內(nèi)容評價(jià)方法健康的損害活動能力的影響；如對視覺、手操作能力的影響不舒適性和不適感覺0.05~0.5Hz低頻振動引起的運(yùn)動病〔惡心、嘔吐〕§7.2人體對振動的反響與平順性標(biāo)準(zhǔn)ISO26311997版的改進(jìn)頻率范圍擴(kuò)展到0.5~80Hz，并給出各振動方向的頻率加權(quán)函數(shù)，采用一個(gè)單一數(shù)值來評價(jià)振動強(qiáng)度；新規(guī)定人體坐姿受振模型；給出了敏感頻率振動對人體臟器的影響顯著程度關(guān)系；如椅面鉛垂振動在4~8Hz主要影響內(nèi)臟器官，在8~12.5Hz主要影響脊椎系統(tǒng)等。對人體舒適性評價(jià)還與加速度的峰值系數(shù)有關(guān)，該值小于9時(shí)，采用加權(quán)總體加速度均方根值評價(jià)；該值大于9時(shí)，采用加權(quán)總體加速度四次方均根值〔稱振動劑量值VibrationDoseValue〕評價(jià)。峰值系數(shù)定義為頻率加權(quán)加速度的峰值與均方根值之比?！?.2人體對振動的反響與平順性標(biāo)準(zhǔn)平順性測量傳感器：應(yīng)變式加速度計(jì)、壓電式加速度計(jì)、專用襯墊式座椅加速度傳感器安裝部位：取決于測量目的；對車體的測量一般安裝在地板上的剛性部位，假設(shè)需反映車體自身的結(jié)構(gòu)振動，需選擇典型板件中央?yún)^(qū)域安裝。角振動〔俯仰、側(cè)滾等〕，可借助有足夠距離的兩個(gè)加速度計(jì)來測量。測量評價(jià)過程§7.3汽車振動模型概述與舒適性相關(guān)的振動頻率范圍0~15Hz剛體運(yùn)動15~150Hz結(jié)構(gòu)振動，低頻噪聲>150Hz噪聲汽車典型的共振頻率范圍車身懸掛體系1~1.5Hz車輪跳動10~12Hz座椅上的乘客4~6Hz動力總成懸置體系10~20Hz車體結(jié)構(gòu)>20Hz輪胎結(jié)構(gòu)30~50Hz和80~100Hz§7.3汽車振動模型概述懸架設(shè)計(jì)需確定的參數(shù)懸架剛度阻尼簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量之比橡膠限位塊特性輪胎局部特性襯套剛度懸架主要用于控制車身剛體運(yùn)動；建立什么系統(tǒng)模型取決于分析問題的需要。常用模型全車模型〔7自由度〕：可描述車身所有運(yùn)動姿態(tài)；半車模型〔4自由度〕：可描述車身跳動和俯仰；?車模型〔2自由度〕：可描述車身跳動；§7.3汽車振動模型?車輛模型的推導(dǎo)運(yùn)動微分方程在時(shí)域：在頻域：方程的解頻率響應(yīng)函數(shù)：Z1/Z0,Z2/Z0對路面譜密度輸入的響應(yīng)：響應(yīng)的功率譜＝輸入功率譜頻率響應(yīng)函數(shù)的模2響應(yīng)的均方根值＝響應(yīng)的功率譜在頻域的積分1/2§7.3汽車振動模型?車輛模型的推導(dǎo)懸架系統(tǒng)性能的三個(gè)根本評價(jià)指標(biāo)不舒適性參數(shù)aw〔r.m.svalueofweightedbodyacceleration〕按ISO2631標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算和評價(jià)。懸架動行程SWSrms〔r.m.svalueofsuspensionworkingspace)用于判斷限位塊碰撞的發(fā)生幾率。輪胎動載荷DTLrms〔r.m.svalueofdynamictyreload)可表征輪胎接地印跡面積相對于靜平衡狀態(tài)時(shí)的增減幅度，這種變化將引起輪胎縱、橫向附著能力下降，從而影響操穩(wěn)性?！?.3汽車振動模型?車輛模型的推導(dǎo)運(yùn)動微分方程Mhb、Ihp分別表示半車體的質(zhì)量和俯仰轉(zhuǎn)動慣量；下標(biāo)f、r分別表示前懸、后懸；F表示懸架力；

z1、

z2分別表示前懸簧下質(zhì)量位移和簧上質(zhì)量位移；

z3、

z4分別表示后懸簧下質(zhì)量位移和簧上質(zhì)量位移；方程的解頻率響應(yīng)函數(shù)：Z1/Z0f、

Z1/Z0r、Z2/Z0f、

Z2/Z0r、Z3/Z0f、

Z3/Z0r、Z4/Z0f、

Z4/Z0r對路面譜密度輸入的響應(yīng)：§7.3汽車振動模型整車模型的推導(dǎo)運(yùn)動微分方程與前面類似，但有7個(gè)廣義坐標(biāo)，其中4個(gè)為簧下質(zhì)量位移，3個(gè)為簧上質(zhì)量的位移〔包括質(zhì)心跳動、俯仰、側(cè)傾〕，在4個(gè)車輪處分別有鉛垂向的路面不平度鼓勵。方程的解頻率響應(yīng)函數(shù)共有74個(gè)頻率響應(yīng)函數(shù)。對路面譜密度輸入的響應(yīng)§7.3汽車振動模型典型算例分析對象：福特Granada轎車路面輸入：G0＝5106m3/cycle；車速20m/s頻率響應(yīng)函數(shù)?模型?模型整車模型響應(yīng)功率譜密度函數(shù)?模型?模型整車模型路面不平度測量儀結(jié)構(gòu)原理圖非接觸式路面測量裝置工作原理圖坐標(biāo)軸名稱頻率加權(quán)函數(shù)軸加權(quán)系數(shù)kxsyszsrxryrzwdwdwdwewewe1.001.001.000.630.400.20xbybzbwcwdwd0.800.500.40xfyfzfwkwkwk0.250.250.40均方根值aw/m.s-2加權(quán)振級Law/dB人的主觀感覺<0.315<110沒