汽车理论(清华大学 余志生 第5版)第四部分

1、第六章 汽车的平顺性第六章 汽车的平顺性 本章将具体研究以下内容：人体对振动的反应和平本章将具体研究以下内容：人体对振动的反应和平顺性的评价；路面不平度的统计特性；汽车振动系统的顺性的评价；路面不平度的统计特性；汽车振动系统的简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数的影响；汽车平顺性的测试等。的影响；汽车平顺性的测试等。本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。返回目录返回目录第六章 汽车的平顺性 什么是汽车平顺性？什么是汽车平顺性？ 保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具保持汽车在行驶过程中乘员所

2、处的振动环境具有一定舒适程度和保持货物完好的性能。有一定舒适程度和保持货物完好的性能。 为什么要研究汽车的平顺性？为什么要研究汽车的平顺性？ 振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康，振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康，影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。振动系统振动系统弹性元件弹性元件阻尼元件阻尼元件车身、车轮质量车身、车轮质量输入输入路面不平度路面不平度车速车速发动机、传动系和车轮等旋发动机、传动系和车轮等旋转部件的非平衡干扰转部件的非平衡干扰输

3、出输出车身传至人体的加速度车身传至人体的加速度悬架弹簧的动挠度悬架弹簧的动挠度车轮与路面间的动载荷车轮与路面间的动载荷评价指标评价指标加权加速度均方根值加权加速度均方根值撞击悬架限位的概率撞击悬架限位的概率行驶安全性行驶安全性 本章将围绕人体对振动的反应和平顺性本章将围绕人体对振动的反应和平顺性的评价指标、路面不平度的统计特性（振动的评价指标、路面不平度的统计特性（振动系统的输入）、振动系统的动力学分析、振系统的输入）、振动系统的动力学分析、振动系统的输出特性等内容而展开。动系统的输出特性等内容而展开。第六章 汽车的平顺性本章将本章将不考虑不考虑第一节人体对振动的反应和平顺性的评价 本节将学习

4、人体对振动的反应、人体坐本节将学习人体对振动的反应、人体坐姿受振模型、平顺性的评价方法等。姿受振模型、平顺性的评价方法等。第六章 汽车的平顺性返回目录返回目录一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应人体对振动的反应人体对振动的反应垂直方向垂直方向412.5Hz水平方向水平方向0.52Hz人体最敏感人体最敏感传至人体的振动加速度传至人体的振动加速度人体对水平方向的振人体对水平方向的振动比垂直方向更敏感动比垂直方向更敏感心理心理生理生理思考：公交车和长途思考：公交车和长途客车在设计时对平顺客车在设计时对平顺性的要求有何不同？性的要求有何不同？客观因素客观因素主观因素主观因素第一节第一节 人体对振动

5、的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价持续时间持续时间强度强度作用方向作用方向频率频率 1974年国际标准化组织制定了国际标准年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：人人体承受全身振动评价指南体承受全身振动评价指南 1997年公布了年公布了ISO26311：人体承受全身振动评价人体承受全身振动评价第一部分：一般要求第一部分：一般要求 我国对相应国际标准进行了修订，公布了我国对相应国际标准进行了修订，公布了GB/T4970 1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法汽车平顺性随机输入行驶试验方法国际、国内与平顺性评价方法相关的标准国际、国内与平顺性评价方法相关的标准第一节第一节 人

6、体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价人体坐姿受振模型人体坐姿受振模型共共3个输入点、个输入点、12个方向的振动个方向的振动第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价位置位置坐标轴名称坐标轴名称频率加权函数频率加权函数轴加权系数轴加权系数k座椅支承面座椅支承面wd1.00wd1.00wk1.00we0.63we0.40we0.20靠背靠背0.80wd0.50wd0.40脚脚wk0.25wk0.25wk0.40频率加权函数和轴加权系数频率加权函数和轴加权系数第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sxbxfxs

7、yfyfzbybzszxryrzrcw即人对座椅传给人体的振动最敏感即人对座椅传给人体的振动最敏感思考：由轴加权系数的不同取值可否思考：由轴加权系数的不同取值可否确定人体对哪个点输入的振动最敏感？确定人体对哪个点输入的振动最敏感？第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sssxyz、 、ISO2631- -1：1997（E）标准还规定）标准还规定当当评价振动对健康的影响评价振动对健康的影响时时 只考虑只考虑 这三这三个轴向振动，且个轴向振动，且 两两个水平轴向的轴加权系数个水平轴向的轴加权系数取取 k=1.4=1.4。 靠背水平轴向靠背水平轴向 可以由椅面水平

8、轴向可以由椅面水平轴向 代替，此时轴加权系数取代替，此时轴加权系数取 k=1.4。 我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面 三个轴向振动。三个轴向振动。第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sssxyz、 、sx、syssxy、bbxy、sssxyz、 、人体对不同频率的振动敏感程度不同人体对不同频率的振动敏感程度不同 最敏感的频率范最敏感的频率范围是围是412.5Hz。在。在48Hz频率范围频率范围，人的内，人的内脏器官产生共振；脏器官产生共振；812.5Hz频率范围，频率范围，对人对人的脊椎系统影响很大。的脊椎系

9、统影响很大。 最敏感的频率范最敏感的频率范围是围是0.52Hz。大约在。大约在3Hz以下，人体对水平振动比对以下，人体对水平振动比对垂直振动更敏感，且汽车车垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围内身部分系统在此频率范围内产生共振，故应对水平振动产生共振，故应对水平振动给予充分重视。给予充分重视。第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价ssxy、sz各轴向的频率加权函数（渐近线）各轴向的频率加权函数（渐近线） k0.50.5Hz2Hz/42Hz4Hz14Hz12.5Hz12.5/12.5Hz80Hzfffwffff d1(0.5Hz2Hz)2/2Hz80

10、Hzfwfff c1(0.5Hz8Hz)8/8Hz80Hzfwfff e1(0.5Hz1Hz)1/1Hz80Hzfwfff频率加权函数频率加权函数第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价二、平顺性的评价方法1.基本评价法（1）计算各轴向加权加速度均方根值aw1）滤波网络法 将测得的将测得的 通过相通过相应的频率加权函数应的频率加权函数 的滤波网络，得到加权加的滤波网络，得到加权加速度时间历程速度时间历程 。 2102wwd1TttaTa2）频谱分析法 对对 进行频谱分进行频谱分析，得到功率谱密度析，得到功率谱密度函数函数 。 21805 . 0a2wdffGf

11、Wa第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价 wat a t w f a t aGf（2）三个方向总加权加速度均方根值12222wwww1 41 4/xyza. a. aa思考：为什么乘以系数思考：为什么乘以系数1.4？（3）总加权振级Law0waw/20lgaaLa0参考加速度均方根值，参考加速度均方根值， 。62010 m/sa第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价（4）评价方法Law和和aw与人的主观感觉之间的关系与人的主观感觉之间的关系加权加速度均方根值加权加速度均方根值aw加权振级加权振级Law人的主观感觉人的主观

12、感觉2.0126极不舒适极不舒适第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价位置位置坐标轴坐标轴名称名称频率加频率加权函数权函数轴加权轴加权系数系数k加权加速度加权加速度均方根值均方根值峰值峰值系数系数座椅座椅支承支承面面wd1.000.0805.0wd1.000.1144.7wk1.000.4075.5we0.630.1064.9we0.400.0855.0we0.200.0114.5频率加权函数和轴加权系数频率加权函数和轴加权系数European轿车上振动测量结果轿车上振动测量结果第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sxs

13、yszxrzryr位置位置坐标轴坐标轴名称名称频率加频率加权函数权函数轴加权轴加权系数系数k加权加速度加权加速度均方根值均方根值峰值峰值系数系数靠背靠背0.800.2124.3wd0.500.0874.4wd0.400.1404.9wk0.250.0905.4脚脚wk0.250.0935.1wk0.400.3196.20.628122vvjaa第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价频率加权函数和轴加权系数频率加权函数和轴加权系数European轿车上振动测量结果轿车上振动测量结果bxbybzfxfyfzcw2.辅助评价法 当峰值系数当峰值系数 9时，时，IS

14、O 2631- -1：1997（E）标准规定用）标准规定用加权加速度加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助评价方法评价方法 振动剂量值。振动剂量值。 75. 14104wms/dVDVTtta第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价第六章 汽车的平顺性 本节将介绍路面空间频率的功率谱密度，路面本节将介绍路面空间频率的功率谱密度，路面等级，时间频率的功率谱密度，路面对四轮汽车输等级，时间频率的功率谱密度，路

15、面对四轮汽车输入的功率谱密度等。入的功率谱密度等。第二节路面不平度的统计特性返回目录返回目录一、路面不平度的功率谱密度1.路面不平度函数 路面相对基准平面的高度路面相对基准平面的高度 q ，沿道路走向长度，沿道路走向长度 I 的变化的变化 q（I）称为路面不平度函数。）称为路面不平度函数。 用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性2.路面不平度的功率谱密度 1） 的拟合公式 00WqqnGnGnnn空间频率空间频率（m-1），表示每米长度包括几个波长；，表示每米长度包括几个波长； 参考空间频率下的路面

16、功率谱密度，也称路参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路面不平度系数；面不平度系数；n0参考空间频率，参考空间频率，n0=0.1m-1；W频率指数。频率指数。第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性0()qG n( )qG n( )qG n路面等级路面等级Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）q /(10-3m)0.011m-1n2.83m-1 几何平均值几何平均值几何平均值几何平均值A163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65536243.61H262144487.222）路面不平度8级分类标

17、准第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性路面不平度分级图路面不平度分级图第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性4( )(2 )( )qqG nn G n2( )(2 )( )qqG nn G n3）速度功率谱密度和加速度功率谱密度速度功率谱密度速度功率谱密度加速度功率谱密度加速度功率谱密度当当W=2时时200( )(2)()qqG nnG n与与n无关无关“白噪声白噪声”第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱密度 化为时间频率功率谱密度unf nuf 当空间频率当空间频率 n 或带宽或带宽 n 一定时，时间频率一定时，时间频率

18、f 与带宽与带宽f 随车速成正比随车速成正比变化。变化。第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性( )( )qqG nG f车速( )qG n( )qG f将将 代入代入 20limqnqnGnn2nq 210limqqqnGfGnunu n单位频带内的单位频带内的“功率功率”（均方值）即为功率谱密度。（均方值）即为功率谱密度。空间频率的功率谱密度空间频率的功率谱密度路面功率谱密度在频带路面功率谱密度在频带n内包含的内包含的“功率功率”。nuf第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 20limqnqfGff空间频率和时间频率谱密度的关系空间频率和时间频率谱密度的关

19、系时间频率谱密时间频率谱密度度Gq(f)空间频率谱空间频率谱密度密度Gq(n)第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性n2 nq )(nGqfnf21nfnf2u=1/2u=1u=212112Gq(f)n速度速度u不同时，空不同时，空间频率与时间频间频率与时间频率的关系率的关系 22000201qqqnuGfGnGnnunf ttqtqd/d 22d/dttqtq 2220024qqqGffGfGnn u 442200216qqqGffGfGnn uf第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 2002qquGfGnnfuGq(n0)第二节第二节 路面不平度的统计特性

20、路面不平度的统计特性 对上式的等对上式的等式两边取对数式两边取对数后作图，得到后作图，得到位移功率谱密位移功率谱密度。度。uGq(n0) 22004qqGfGnn u第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 对上式的等对上式的等式两边取对数式两边取对数后作图，得到后作图，得到速度速度功率谱密功率谱密度。度。uGq(n0) 4220016qqGfGnn uf第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 对上式的等对上式的等式两边取对数式两边取对数后作图，得到后作图，得到加速度加速度功率谱功率谱密度。密度。三、路面对四轮汽车输入的功率谱密度 IxIq1 LIxIq2 IyI

21、q3 LIyIq4第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 汽车有四个输入的振动传递时，要掌握四个车轮输入汽车有四个输入的振动传递时，要掌握四个车轮输入的自谱和四个车轮彼此间的互谱，共的自谱和四个车轮彼此间的互谱，共16个谱量个谱量 2，3，4），其中），其中12个谱量两两共轭。个谱量两两共轭。 1lim*ikikTGnFn FnT nXIxFIqFnF11 nLnXLIxFIqFnFj222e nYIyFIqFnF33 nLnYLIyFIqFnFj244e四个车轮不平度函数的傅里叶变换为四个车轮不平度函数的傅里叶变换为第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 nG

22、nGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnLnLnLnLyx*2442xy*31132yx*23322xy*41142yy*43342xx*2112yy4433xx2211( )( ,1,ikGn i k 左、右轮迹间的互谱可以表示为左、右轮迹间的互谱可以表示为 nxyxyxynGnGje nGnGnGnyyxxxyxy22coh两个轮迹的相关函数为两个轮迹的相关函数为第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 侧倾角位移功率谱密度侧倾角位移功率谱密度G(n)与垂直位移功率谱密度与垂直位移功率谱密度 的的比值与相干函数比值与相干函

23、数 的关系为的关系为 22/1 cohqxyGnGnnB qGn cohxyn 与与G(n)/ 曲线曲线第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 cohxyn qGn当两个轮迹当两个轮迹x（I）、）、y（I）的统计特性相同，即）的统计特性相同，即 cohxyyxxyqGnGnn Gn且相位谱且相位谱 时时 xxyyqGnGnGn 0 xyn nGnGnGnyyxxxyxy22coh j2j2j2j2j2j2j2j21ecohcohee1cohecohcohcohe1ecohecohe1nLnLnLnLikqnLnLnLnLnnnnnnnnnnGG路面对四轮汽车输入的谱矩阵最后可以

24、表示为路面对四轮汽车输入的谱矩阵最后可以表示为第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 本节将汽车振动系统简化为单质量的振动系统；分析单质量系统的本节将汽车振动系统简化为单质量的振动系统；分析单质量系统的自由振动和频率响应特性；分析单质量系统对路面随机输入的响应及其自由振动和频率响应特性；分析单质量系统对路面随机输入的响应及其响应量特性参数的计算，分析悬架系统固有频率响应量特性参数的计算，分析悬架系统固有频率f0和阻尼比和阻尼比对振动响应对振动响应的影响；介绍悬架系统固有频率的影响；介绍悬架系统固有频率f0和阻尼比和阻尼比的选择范围。的选择范围。第六章 汽车的平顺性第三节汽车振动

25、系统的简化，单质量系统的振动返回目录返回目录 当当 ，并，并忽略轮胎阻尼后，汽忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为车立体模型可简化为平面模型。平面模型。 车身质量有垂直、车身质量有垂直、俯仰、侧倾俯仰、侧倾3个自由度，个自由度，4个车轮质量有个车轮质量有4个垂个垂直自由度，整车共直自由度，整车共7个个自由度。自由度。一、汽车振动系统的简化 IyIx第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动2c2r2f2mmmm0r2f2bmam2r22f222bmammIyy 1）总质量保持不变）总质量保持不变 2）质心位置不变）质心位置不变 3）转动惯量保持不变）转动惯量保持不变abmmbLmmaLmmy

26、yy222c222r222f1第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动简化前后应满足以下三个条件简化前后应满足以下三个条件解得解得令令 悬挂质量分配系数。悬挂质量分配系数。aby202c222r222fmbLmmaLmmyy 对于大部分汽车，对于大部分汽车， = 0.81.2，即接，即接近近1。当。当 = 1时时第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 在在 =1 的情况的情况下，前、后轴上方下，前、后轴上方车身部分的集中质车身部分的集中质量量m2f 、 m2r在垂直在垂直方向的运动是相互方向的运动是相互独立的。独立的。 双轴汽车模型双轴汽车模型可以简化为车身、可以简化为车身、车轮两个

27、自由度振车轮两个自由度振动系统模型。动系统模型。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 车轮部分的固有车轮部分的固有频率为频率为1016Hz，如如果激振频率远离车轮果激振频率远离车轮固有频率（即固有频率（即5Hz以以下），轮胎的动变形下），轮胎的动变形很小，可忽略车轮质很小，可忽略车轮质量和轮胎的弹性，从量和轮胎的弹性，从而得到车身单质量系而得到车身单质量系统模型。统模型。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动二、单质量系统的自由振动02qzKqzCzm 22mCn 令220mK0220zznz KmCn2020 0振动系统固有圆频率；振动系统固有圆频率；阻尼比。阻尼比。第三节 汽

28、车振动系统的简化，单质量系统的振动齐次微分方程的解为齐次微分方程的解为tnAznt220sine第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 有阻尼自由有阻尼自由振动时，质量振动时，质量m2以有阻尼固有频以有阻尼固有频率率220rn振动，振幅按振动，振幅按ent衰减。衰减。 增大，增大，r r下降。当下降。当=1时，运动失去振荡特征。时，运动失去振荡特征。 汽车悬架系统阻尼比汽车悬架系统阻尼比大约为大约为0.25，r比比0只下降只下降了了3%左右，左右， 。1）与有阻尼固有频率与有阻尼固有频率r r有关有关220rn2010r20mK200212mKf第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振

29、动阻尼比阻尼比对衰减振动的影响对衰减振动的影响2）决定振幅的衰减程度决定振幅的衰减程度21AAd 111eeTtnntAA1enT212e212lndd22ln411/阻尼比阻尼比对衰减振动的影响对衰减振动的影响两个相邻的振幅两个相邻的振幅A1与与A2之比称为减振系数之比称为减振系数d由实测的衰减振动曲线得到由实测的衰减振动曲线得到d，即可确定系统的阻尼比，即可确定系统的阻尼比。阻尼比越大，振幅衰减得越快阻尼比越大，振幅衰减得越快第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动三、单质量系统频率响应特性 分析幅值比、相位差随激振频率而变化的规律。分析幅值比、相位差随激振频率而变化的规律。 对于对于

30、一个常系数的线性系统（即系统的一个常系数的线性系统（即系统的m、K、为常为常数）数），当输入量，当输入量 是一个简谐函数时，输出量是一个简谐函数时，输出量 也是也是与输入量同频率的简谐函数，但两者的幅值不同，相位也与输入量同频率的简谐函数，但两者的幅值不同，相位也不同。不同。 输出、输入的幅值比是频率输出、输入的幅值比是频率 f 的函数，称为的函数，称为幅频特性幅频特性。 相位差也是相位差也是 f 的函数，称为的函数，称为相频特性相频特性。 两者统称为两者统称为频率响应特性频率响应特性。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 q t z tqzqzHj QZ2j0ezz1j0eqq复振幅

31、复振幅12j00ejqzHqz jejqzHz0、q0为输出、输入谐量的幅值；为输出、输入谐量的幅值；角；为输出、输入谐量的相、211.频率响应函数的确定 由输出、输入谐量复振幅由输出、输入谐量复振幅 z 与与 q 的比值或的比值或 与与 的傅里叶变换的傅里叶变换Z()与与Q() 的比值，可以确定频率响应函数的比值，可以确定频率响应函数 。00/jqzHqz 输出、输入谐量的幅输出、输入谐量的幅值比，称为幅频特性。值比，称为幅频特性。 12 输出、输入谐量的相输出、输入谐量的相位差，称为相频特性。位差，称为相频特性。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 z t q tjz qHtzzj

32、0e z令令tqqj0e qzzjqqjz2z 02qzKqzCzm qzqzHjCKmCKjj22则则第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动代入代入KCKCmjj22qz0/频率比20/mK22/KmC阻尼比j21j21j2qzHqzqzHj21222221212.幅频特性第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动jz qH四、单质量系统对路面随机输入的响应1.用随机振动理论分析汽车平顺性的概述1）平顺性分析的振动响应量车轮与路面间的动载车轮与路面间的动载 车身加速度车身加速度z 悬架弹簧的动挠度悬架弹簧的动挠度第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动dfdF3.幅频特性曲线0.

33、1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg 用双对数坐标做用双对数坐标做出幅频特性曲线。出幅频特性曲线。0.11|z/q|10时当11z/q0lgz/q 渐近线为水平线，渐近线为水平线，斜率为斜率为0:1。 渐近线的渐近线的“频率频率指数指数”为为0。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动2122222121qz0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10 渐近线斜率为渐近线斜率为-2:1。 “频率指数频率指数”为为-2。时当1021z/q z/qlg2lg-2:13.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系

34、统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10 渐近线斜率为渐近线斜率为-1:1。 “频率指数频率指数”为为-1。时当15 . 0-2:1z/q1121222 lglgz/q-1:13.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1 确定低频段和高频确定低频段和高频段渐近线的交点。段渐近线的交点。时和5 . 000lg20lg交点要满足交点要满足1得交点的3.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单

35、质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1时21z/q 与与无关，即无无关，即无论阻尼比取何值，论阻尼比取何值，幅频特性曲线都要幅频特性曲线都要经过经过 点点）（12,23.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1 共振时，共振时，124110z/q0z/q时0时5 . 020z/q20单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性3.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单

36、质量系统的振动25. 05 . 04.幅频特性曲线的讨论1）低频段）低频段75. 00 |z/q|略大于略大于1，阻尼比阻尼比对这一对这一频段的影响不大。频段的影响不大。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性25. 05 . 04.幅频特性曲线的讨论2）共振段）共振段 |z/q|出现峰值，出现峰值，将输入位移放大，加将输入位移放大，加大阻尼比大阻尼比，可使共可使共振峰值明显下降振峰值明显下降。275. 0第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.

37、1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性25. 05 . 04.幅频特性曲线的讨论3）高频段）高频段 悬架对输入位移悬架对输入位移起衰减作用，阻尼比起衰减作用，阻尼比减小对减振有利。减小对减振有利。2时，21z/q与与无关无关时，21z/q第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性25. 05 . 02）振动响应量的功率谱密度与均方根值 fGfHfGqqxx2 f

38、Gx fGq qxfH第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动振动响应量振动响应量 x 的功率谱密度；的功率谱密度；路面位移路面位移 q 的功率谱密度；的功率谱密度；系统响应量系统响应量 x 对输入对输入 q 的幅频特性。的幅频特性。 02dffGxx 02dffGfHqqxx fGfHfGqqxx2 02dffGxx第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 振动响应量的方差，等于均方根值。振动响应量的方差，等于均方根值。 由路面不平度系数和车速确定路由路面不平度系数和车速确定路面位移输入的功率谱密度面位移输入的功率谱密度 由悬架系统参数求出频由悬架系统参数求出频率响应函数率响应函数H

39、（f）xq qGf3）概率分布与标准差的关系 振动响应量振动响应量 x 的分布为正态分布，且均值为零时，的分布为正态分布，且均值为零时，幅值的绝对值超过幅值的绝对值超过 的概率为的概率为P，与与 P 的关系的关系如下表。如下表。xx0122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差正态分布情况下，超过标准差x的的倍以外的概率倍以外的概率P第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下

40、，超过标准差正态分布情况下，超过标准差x的的倍以外的概率倍以外的概率P 要求车身加速度要求车身加速度 超过超过1g的概率的概率P=1%，求车，求车身加速度的标准差身加速度的标准差 。z z 时，58. 2%1Pzz 58. 2gz10 1 /2.580.39zgg第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动例例1即即 =0.39g 时，可以使时，可以使 超过超过1g的概率的概率P=1%。zz 122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差正态分布情况下，超过标准差x的的倍以外的概率倍以外的概率P 某汽车

41、悬架弹簧动挠度某汽车悬架弹簧动挠度 的标准差的标准差 =3cm，要求动挠度超过限位行程要求动挠度超过限位行程 即撞击限位的概率即撞击限位的概率P = 0.3，假设车轮上下跳动的限位行程均为，假设车轮上下跳动的限位行程均为 ，求求 。时3%3 . 0Pfdd0d3 ff3cmfd cm9cm33df第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动fd即=3cm， =9cm 可使撞击限位的概率为可使撞击限位的概率为0.3%。例例2dfdfdfdffddf122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差正态分布情况

42、下，超过标准差x的的倍以外的概率倍以外的概率P车轮跳离地面的条件是车轮跳离地面的条件是1/dGFGFGF/d310d相应界限值相应界限值 当车轮与路面间的动载当车轮与路面间的动载Fd与车轮作用于路面的与车轮作用于路面的静载静载G大小相等且方向相反时，车轮作用于路面的大小相等且方向相反时，车轮作用于路面的垂直载荷等于零。取垂直载荷等于零。取 ，相对动载，相对动载 /G 的均的均方根值方根值 ，求车轮跳离地面的概率。，求车轮跳离地面的概率。d3FGd/1/3F G, 3此时%3 . 0P因为因为 向上的概率占一半，车轮跳离地面的概率是向上的概率占一半，车轮跳离地面的概率是0.15%。第三节 汽车振

43、动系统的简化，单质量系统的振动例例3dFdF2.车身加速度的功率谱密度 的计算分析 z G qqzzGHG2j 路面输入除采用路面输入除采用 外，还可以采用外，还可以采用 和和 。 qG qG qG 相应地，幅频特性要采用相应地，幅频特性要采用 和和 。2jqzH 2jqzH 第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 qqzqqzqqzzGHGHGHG jjj输入、输出均方根谱之间的关系输入、输出均方根谱之间的关系路面输入的均方根谱路面输入的均方根谱 unnGGunnGGunnGGqqqqqq20020020022/2 QunnGGqq2002令 /QGq则 QGq 用双对数坐标做出路面输

44、入均方根谱与用双对数坐标做出路面输入均方根谱与的关系曲线。的关系曲线。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 QGq /QGq QGq 斜率为斜率为0:1斜率为斜率为1:1斜率为斜率为1:1第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动三个幅频三个幅频 特性为特性为qzqzqqzqzqqzqzq22222jjj zHzHzHqzqzqz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动qz2jHqz qzqzH jqzHqz j第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:12025. 05 . 0 由于

45、由于 为一为一“白噪声白噪声”， 与与 的图形完的图形完全相同，只是在双对数坐标上全相同，只是在双对数坐标上移动移动 。 可以用响应量对速度输入可以用响应量对速度输入的幅频特性定性分析响应的的幅频特性定性分析响应的均方根谱。均方根谱。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 qG Gz qzH )(jQlg21101001szq0.1110激振频率激振频率 f / Hz=0.25=0.5f0=1Hzf0=2Hz0202041124110fqz 思考：思考：对共振峰值和对共振峰值和高频段的影响有何不高频段的影响有何不同？振动系统的固有同？振动系统的固有频率频率 f0 对共振峰值有对共振峰值有

46、何影响？何影响？ 第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.250.5f = f0 =114.048.88f = f0 =228.0817.76 对单质量振动系统，对单质量振动系统， /G与与 只相差系数只相差系数1/g，因，因此此0和和对对 幅频特性的影响与幅频特性的影响与 幅频幅频特性的影响，从变化趋势上讲完全一样。特性的影响，从变化趋势上讲完全一样。3.车轮与路面间的相对动载 /G对 的幅频特性的分析q zF 2dmgmG2gGzF d第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动z q/FGdqz dFdF4.悬架弹簧的动挠度 对 幅频特性的分析qzfd1dqzqqzqf2j122

47、dqf212224d21qfq H2j12j1j2qzqz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动df在低频段，在低频段，1，0z时，产生共振10d1/2fq 0d(0)/10.5 fq2:10:121222421qfd第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动频率比=/00.1 1 101010.1=0=0.5=0.25q/fq/fdd100d41210f/qf2:10:11:1-1:1思考：悬架固有频率思考：悬架固有频率 f0 对对 有何影响？有何影响？ 第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.250.5f = f0=10.3180.159f = f0=20.1590.080

48、df5.悬架系统固有频率f0与阻尼比的选择思考：悬架系统固有频率思考：悬架系统固有频率 f0 和阻尼比和阻尼比对车身振动加速对车身振动加速度及悬架动挠度的影响有何不同？度及悬架动挠度的影响有何不同？车车 型型f0/ /Hz /cm /cm轿车轿车1.21.1153079货车货车21.56116902.0.4大客车大客车1.81.271558越野汽车越野汽车21.3613713悬架系统悬架系统 值的实用范围值的实用范围第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0sdfff、 、sfdf第四节 车身与车轮双质量系统的振动第六章 汽车的平顺性返回目录返回目录一、运动方程和振型分析001t21211

49、1121222qzKzzKzzCzmzzKzzCzm 无阻尼自由振动时无阻尼自由振动时001t21111222zKzzKzmzzKzm 如果如果m1不动（不动（z1=0）0222 Kzzm 20/mK如果如果m2不动（不动（z2=0）0)(1t11zKKzm 1ttmKK/ 0与与t是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。第四节 车身与车轮双质量系统的振动 无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率和相角和相角 做简谐振动，振幅为做简谐振动，振幅为z10、z20 。 tzj101ezt

50、zj202eztzj2101ez tzj2202ez 0102202220zmKzmKz0101t201210zmKKzmKz220/mK1t2t/mKK 将将代入左式后可得代入左式后可得代入代入001t21111222zKzzKzmzzKzm 得得第四节 车身与车轮双质量系统的振动 方程有非零解的条件是方程有非零解的条件是z z10和和z z20的系数行列式为零。的系数行列式为零。022t120220mK0/12022t220mK12t2202t202t2214121mmKK、0102020220zz01022t201zzmK第四节 车身与车轮双质量系统的振动0/1202t202202t4m

51、K设某一汽车设某一汽车rad/s20 1012 /mm9t /KK，求，求1和和2 2? ? t9KK由，得10/21mm 1t2t/mKK 201000t104012t90mmKK0195. 0求得0201.10，质量比，质量比 ，刚度比刚度比例例第四节 车身与车轮双质量系统的振动0195. 0将0102202220zmKzmKz代入1 . 020212012010zz得一阶主振型得一阶主振型0201.10将01022t201zzmK代入得二阶主振型得二阶主振型2 .9920222022010zz第四节 车身与车轮双质量系统的振动 当激振频率当激振频率接近接近1时时产生低频共振，按一阶主产生

52、低频共振，按一阶主振型振动，车身质量振型振动，车身质量m2的的振幅比车轮质量振幅比车轮质量m1的振幅的振幅大将近大将近10倍倍，称为，称为车身型车身型振动振动。 当激振频率当激振频率接近接近2 2时产生高频共振，按二阶时产生高频共振，按二阶主振型振动，车轮质量主振型振动，车轮质量m1的振幅比车身质量的振幅比车身质量m2的振的振幅幅大将近大将近100倍倍，称为，称为车轮车轮型振动型振动。第四节 车身与车轮双质量系统的振动qKzKKzCzmt1t111 当车轮部分在高频共振区当车轮部分在高频共振区振动时，车身基本不动，可以振动时，车身基本不动，可以视为车轮部分单质量在振动。视为车轮部分单质量在振动

53、。qzzzt1t1112jKKKCm将复振幅代入，得将复振幅代入，得CKKmKjt12t1q/ztt2tttj21/KKK 此时，车轮位移此时，车轮位移 z1 对路面位移对路面位移 q 的频率响应函数为的频率响应函数为第四节 车身与车轮双质量系统的振动 降低非悬挂质量降低非悬挂质量m1，使车轮部分固有频率，使车轮部分固有频率t t和阻尼比和阻尼比t都加大，车轮部分高频共振加速度基本不变，但车轮部都加大，车轮部分高频共振加速度基本不变，但车轮部分动载分动载 下降，对降低相对动载下降，对降低相对动载 有利。有利。2tt22ttt1/2/1/KKKqz11zm 车轮位移车轮位移 z1 对路面位移对路

54、面位移 q 的幅频特性为的幅频特性为时，当t 1tt/mKK tttt1t12ttKKK/qzqz 1tt2/mKKC高频共振时车轮加速度均方根谱高频共振时车轮加速度均方根谱 正比于正比于)(t1GZ t1q /z 已知已知思考：如何降低思考：如何降低高频共振时车轮高频共振时车轮的振动加速度？的振动加速度？第四节 车身与车轮双质量系统的振动d/F G二、双质量系统的传递特性001t212111121222qzKzzKzzCzmzzKzzCzm 由由KCKCmjj1222zzt2t121jjKKCKKCmqzz代入复振幅得代入复振幅得1.车轮部分z1q的幅频特性KC j1AKCmj222At12

55、3jKKCmA令令2123AAAN212212jjAAzzKCmKCNAAAAAqz1t22123t2KK得得第四节 车身与车轮双质量系统的振动122222114zq 220202220201141111/刚度比/tKK质量比12m/m 幅频特性为幅频特性为由由得得此式为此式为 近似式，用近似式，用 表示表示2tt22ttt21/KK/Kqz11zqqz1第四节 车身与车轮双质量系统的振动；。122222114zq 由幅频特性由幅频特性 0 0时，时，| |z1/q|1,|1, 。 0时，渐近线时，渐近线斜率为斜率为-2:1-2:1，车轮部分，车轮部分将高频输入加以滤波。将高频输入加以滤波。

56、= =t t时，产生高频时，产生高频共振，在共振，在t t较小时，会较小时，会出现尖峰。出现尖峰。及及幅频特性近似式幅频特性近似式tt1222ttt/1/j2/KKKzq ，做幅频特性曲线，做幅频特性曲线第四节 车身与车轮双质量系统的振动1tt/KKKzq2.双质量系统的传递特性qzzzqz1122NAAAt221KNAt1Kqzzzqz112221222221222222414141212241 第四节 车身与车轮双质量系统的振动qzzzqz1122 幅频特性幅频特性 |z2/q| 在在 f=f0 和和f=ft=t/2处有低、高两个共振处有低、高两个共振峰，路面输入峰，路面输入 q 在在 f

57、 f0 时时由悬架衰减，在由悬架衰减，在f ft 时，又时，又进一步被轮胎衰减。进一步被轮胎衰减。2由由用作图法做出用作图法做出qz2第四节 车身与车轮双质量系统的振动=三、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车三、车身加速度、悬架弹簧动挠度和车轮相对动载的幅频特性轮相对动载的幅频特性1.车身加速度 对 的幅频特性2z q 122214zq 2第四节 车身与车轮双质量系统的振动qzqz22j qzH2.相对动载 /G对 的幅频特性q qzF1tdKgmgmmG1121 gmKGHqGF1j1t1dd qqzqF/gmKNKG111tt2dAqF122222d141FGqg 车轮动载车轮动载静载静载NA

58、qzt21K将将 代入代入第四节 车身与车轮双质量系统的振动dF3.悬架动挠度 对 的幅频特性曲线q 2t1KAzqN1t2AKzqN212d1qfqzqzqzzqf1212ddjqfH第四节 车身与车轮双质量系统的振动NAANANAqf21tt2t1dKKKdf四、在路面随机输入下系统振动响应量均方根值的计算 ffGqzd20222 qz funnGqzd4202200222 qz 第四节 车身与车轮双质量系统的振动ffnfnGNnqz22122qz 五、系统参数对振动响应量均方根值的影响系统参数系统参数f0/Hz基准值基准值10.25109+6dB20.52018 6dB0.50.1255

59、4.5计算时系统参数的取值计算时系统参数的取值第四节 车身与车轮双质量系统的振动1.车身固有频率f0的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动2.车身部分阻尼比的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动3.车身与车轮部分质量比的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动4.悬架与轮胎的刚度比的影响第四节 车身与车轮双质量系统的振动 响应量参数f6dB+8.97dB-9.18dB+8.54dB-8.89dB-3.00dB+2.77dB 6dB+1.77dB-0.04dB-0.49dB+2.16dB-3dB+3dB 6dB-0.09dB+0.18dB-1.59dB+1.57dB-0.20dB+0.88dB

60、 6dB+2.22dB-1.80dB+5.30dB-4.26dB+0.05dB-0.04dB系统参数对振动响应量均方根值的影响的算例系统参数对振动响应量均方根值的影响的算例2z GFd/df第四节 车身与车轮双质量系统的振动六、主动与半主动悬架 被动悬架：被动悬架：弹簧刚度弹簧刚度 K 和减振器阻尼系数和减振器阻尼系数 C 在设计在设计时一旦选定后，使用过程中参数不改变的悬架时一旦选定后，使用过程中参数不改变的悬架 。 被动悬架的缺点是：被动悬架的缺点是：当载荷、车速、路况等行驶状当载荷、车速、路况等行驶状态变化时，悬架不能满足各种行驶状态下对悬架性能的态变化时，悬架不能满足各种行驶状态下对悬