第六章 汽車的平順性

1、第六章 汽車平順性輸入u路面不平度u車速振動(dòng)系統(tǒng)l彈性元件l阻尼元件l車身、車輪質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)加速度均方根值撞擊懸架限位概率行駛安全性汽車平順性：指汽車抵抗路面不平度引起的汽車振動(dòng)的能力，頻率范圍為 0.525Hz。汽車平順性可由路面-汽車-人系統(tǒng)框架圖來分析輸出l車身傳至人體的加速度l懸架彈簧動(dòng)撓度l車輪與路面之間的動(dòng)載第一節(jié) 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià) 平順性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ISO2631-1:1997(E) 人體承受全身振動(dòng)評(píng)價(jià)第一部分：一般要求 GB/T4970-1996汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法所考慮的振動(dòng)ISO2631-1規(guī)定，舒適性評(píng)價(jià)時(shí)，考慮座椅支承處的3個(gè)線振動(dòng)和

2、3個(gè)角振動(dòng)，靠背和腳支承處各3個(gè)線振動(dòng)，共12個(gè)軸向振動(dòng)。健康影響評(píng)價(jià)時(shí)，僅考慮座椅支承處的3個(gè)線振動(dòng)xs、ys、zs。1、軸加權(quán)系數(shù) 對(duì)不同方向振動(dòng)，人體敏感度不一樣。該標(biāo)準(zhǔn)用軸加權(quán)系數(shù)描述這種敏感度。2、頻率加權(quán)系數(shù) 對(duì)不同頻率的振動(dòng)，人體敏感度也不一樣。例如，人體內(nèi)臟在椅面z向振動(dòng)4-8Hz發(fā)生共振，8-12.5Hz對(duì)脊椎影響大。椅面水平振動(dòng)敏感范圍在0.5-2Hz。標(biāo)準(zhǔn)用頻率加權(quán)函數(shù)w描述這種敏感度。平順性名詞解釋(1)第一節(jié) 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)人體坐姿受振模型人體坐姿受振模型共共3個(gè)輸入點(diǎn)、個(gè)輸入點(diǎn)、12個(gè)方向的振動(dòng)個(gè)方向的振動(dòng)第一節(jié) 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)椅面x

3、,y向和靠背y向 ：椅面z向： 靠背x向 ：頻率加權(quán)系數(shù)第一節(jié) 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)頻率加權(quán)濾波網(wǎng)絡(luò)aw(t) a(t) 3、 均方根值 a(t)是測(cè)試的加速度時(shí)間信號(hào)。4、 加權(quán)均方根值aw(t)是通過頻率加權(quán)函數(shù)濾波網(wǎng)絡(luò)后得到的加速度時(shí)間信號(hào)。頻率加權(quán)函數(shù)見p172。TdttaTa02)(1TwwdttaTa02)(1平順性名詞解釋(2)第一節(jié) 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)1、 按加速度加權(quán)均方根值評(píng)價(jià)。樣本時(shí)間T一般取120s。2、同時(shí)考慮3個(gè)方向 3軸向xs、ys、zs振動(dòng)的總加權(quán)加速度均方根值為：222)4.1()4.1(zwywxwvaaaa平順性評(píng)價(jià)方法第一節(jié) 人體對(duì)

4、振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)平順性指標(biāo)和人的感覺間的關(guān)系第一節(jié) 人體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評(píng)價(jià)waawL表表6-2 和與和與 人的主觀感覺之間的關(guān)系人的主觀感覺之間的關(guān)系加權(quán)加速度均方根植加權(quán)加速度均方根植 加權(quán)振級(jí)加權(quán)振級(jí) 人的主觀感覺人的主觀感覺 0.315110沒有不舒適沒有不舒適0.3150.63110116有一些不舒適有一些不舒適0.51.0114120相當(dāng)不舒適相當(dāng)不舒適0.81.6118124不舒適不舒適1.252.5112128很不舒適很不舒適2.0126極不舒適極不舒適waawL第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計(jì)特征路面不平度的功率譜密度路面不平度的功率譜密度1. x(t)功率譜密度Gx(

5、f)的意義 Gx(f) 表示x(t)的平均功率Ex2(t)在頻率域的分布。2.路面不平度q(I)的功率譜密度Gq(n)的意義 Gq(n) 表示路面不平度q2(I)的平均值Eq2(I)的空間頻率分布。第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計(jì)特征3.路面不平度的功率譜密度wqqnnnGnG00)()(式中 n空間頻率，m-1 n00.1 m-1 Gq(n0)路面不平度系數(shù)(m2/m-1) w頻率指數(shù)，一般取為2第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計(jì)特征第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計(jì)特征第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計(jì)特征路面空間頻率譜密度化為時(shí)間譜密度路面空間頻率譜密度化為時(shí)間譜密度1.空間頻率與時(shí)間頻率的關(guān)系 f=un 這里n是空間頻率(

6、每米波長(zhǎng)數(shù))。u是車速(m/s)，f是時(shí)間頻率(Hz,每秒波長(zhǎng)數(shù))。2.路面時(shí)間譜密度與空間頻率譜密度的關(guān)系)(1)(nGufGqq第二節(jié) 路面不平度的統(tǒng)計(jì)特征2200)()(funnGfGqqunnGfGqq2002)(4)(上式可化為還可得到22004 )(16)(funnGfGqq 第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng) 當(dāng)當(dāng) ，并忽略，并忽略輪胎阻尼后，汽車立體模輪胎阻尼后，汽車立體模型可簡(jiǎn)化為平面模型。型可簡(jiǎn)化為平面模型。 車身質(zhì)量有垂直、俯車身質(zhì)量有垂直、俯仰、側(cè)傾仰、側(cè)傾3個(gè)自由度，個(gè)自由度，4個(gè)個(gè)車輪質(zhì)量有車輪質(zhì)量有4個(gè)垂直自由度，個(gè)垂直自由度，整車共整車共7個(gè)自由度。個(gè)自

7、由度。 IyIx2c2r2f2mmmm0r2f2bmam2r22f222bmammIyy 1）總質(zhì)量保持不變）總質(zhì)量保持不變 2）質(zhì)心位置不變）質(zhì)心位置不變 3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變abmmbLmmaLmmyyy222c222r222f1簡(jiǎn)化前后應(yīng)滿足以下三個(gè)條件簡(jiǎn)化前后應(yīng)滿足以下三個(gè)條件解得解得令令 懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。aby2第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)汽車單自由度振動(dòng)模型第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng) 汽車單自由度振動(dòng)方程（1）0)()(2qzKqzCzm KqqCKzzCzm 2qmKqm

8、CzmKzmCz2222 0220zznz 令 2n=C/m2，20=K/ m2，齊次方程變?yōu)榈谌?jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)汽車單自由度振動(dòng)模型0稱為系統(tǒng)固有圓頻率，定義阻尼比方程的解為KmCn2022/)sin()(220tnAetznt第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)單自由度自由振動(dòng)衰減曲線第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)復(fù)振動(dòng)ReImtZ=AejwtjwtAcostAsint第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)歐拉公式： Z=Aejt=A(cost+jsint) 復(fù)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式為 Z=a+jb 式中： a=A

9、cost b=AsintZ稱為復(fù)振動(dòng)，模為A= 幅角argZ=arctg(b/a)=t 實(shí)部=a=Acost 虛部=b=Asint。復(fù)振動(dòng)的實(shí)部或虛部都代表振動(dòng)。事先約定一個(gè)即可。第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)形式為Z=Aej（t+）Z=Aej（t+）=Aejejt= ejt式中： = Aej為復(fù)振動(dòng)Z的復(fù)振幅。A第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)頻率響應(yīng)設(shè)系統(tǒng)的輸入是F0ej(wt+), 輸出Xej(wt+)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)定義是：H()=輸出復(fù)振動(dòng)/輸入復(fù)振動(dòng) = = =輸出復(fù)振幅/輸入復(fù)振幅注意X,F,都是頻率的函數(shù)。tjjtjjeeFeXe 0

10、/)(00/jjjeFXeFXe第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)頻率響應(yīng)函數(shù)的特點(diǎn)(1)描述了定常線性系統(tǒng)（動(dòng)態(tài)特性）。是頻率的復(fù)函數(shù)。(2)系統(tǒng)所固有。(3)具有不同的形式，位移/力，速度/力，應(yīng)變/位移，電壓/加速等。(4)和輸入輸出的位置、方向等有關(guān)。(5)可通過理論計(jì)算或方便地通過測(cè)試得到。第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)頻率響應(yīng)函數(shù)的物理意義頻率響應(yīng)函數(shù)的模頻率響應(yīng)函數(shù)的模 =幅頻特性=|輸出復(fù)振動(dòng)/輸入復(fù)振動(dòng)| =|輸出復(fù)振幅/輸入復(fù)振幅| =輸出實(shí)振幅/輸入實(shí)振幅)(00/)(jjjeFXeFXeH輸入實(shí)振幅輸出實(shí)振幅0)(FXH頻率響應(yīng)函數(shù)的幅角頻率響應(yīng)函數(shù)

11、的幅角=-=輸出與輸入的相位差）的實(shí)部的虛部)()(HHarctg即第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)頻響函數(shù)的測(cè)試第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)汽車單質(zhì)量系統(tǒng)頻響函數(shù)的推導(dǎo)令輸入復(fù)振動(dòng)為tjeqtq)(10jeqqtjeztz)(20jezz式中復(fù)振幅式中復(fù)振幅KqqCKzzCzm 2tjtjtjtjtjeqKeqCjezKezCjezm22)()(22KCjqKCjmz第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)令)( ,/200mKKmC22代入上式，得jjHqz2121)(2KCjmKCjqzHqz22)(第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)汽車單質(zhì)量系統(tǒng)幅頻特

12、性上式模（幅頻特性）為 22222)1 (21)(）（）（qzH（1）在00.75的低頻段， 既不減振也不增振。阻尼比影響不大。（2）在0.75= 的高頻段，= 時(shí) =1。 時(shí)， 1。對(duì)輸入位移起衰減作用（減振）。阻尼比較小時(shí)衰減更多。 1)(qzHqzH)(qzH)(22qzH)(22第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)0.1110頻率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120單質(zhì)量系統(tǒng)位移輸入與位移輸出的幅頻特性25. 05 . 0雙軸汽車平順性模型第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)平順性分析的振動(dòng)響應(yīng)量有3種：1、車身振動(dòng)加速度車身

13、振動(dòng)加速度2、懸架動(dòng)撓度懸架動(dòng)撓度（涉及限位行程、懸架擊穿）3、車輪與路面間的動(dòng)載荷車輪與路面間的動(dòng)載荷平順性分析的振動(dòng)響應(yīng)量第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)對(duì)單自由度系統(tǒng)，輸出功率譜=幅頻特性的平方輸入功率譜，即)()()(2fGfHfGqqxx式中，x表示輸出，可以是車身加速度 、懸架動(dòng)撓度fd、車輪與路面間的動(dòng)載荷Fd。方差2=均方值-均值2。在振動(dòng)均值為0時(shí)，方差 2=均方值=z 020)()()(dffGfHdffGqqxx第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)車身加速度功率譜密度函數(shù)車身加速度功率

14、譜密度函數(shù)用于：a.了解振動(dòng)加速度功率頻譜的分布。b.求加速度均方根值或加權(quán)均方根值評(píng)價(jià)汽車平順性。0)(dffGzz 第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)從上式： 車身加速度功率譜密度函數(shù)為車身加速度均方根譜 式中路面速度均方根譜來自 =常量（白噪聲） )()()(2fGfHfGqqxx)()()()()(22fGfHfGfHfGqqzqqzz )()()(fGfHfGqqzz unnGfGqq200)(2)(第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)qztjtjqzHqzqzeqezqzH)( )()(車身加速度)(2 路面不平度速度復(fù)振動(dòng)復(fù)振動(dòng)式中22222)1 (21)(）（）（

15、qzH第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)當(dāng)=1時(shí)，前式變?yōu)?202204112(21)(0）（qzHqz （共振峰值） 顯然固有頻率越低，峰值越低。此外，低頻段阻尼比越大 ， 越小。高頻段阻尼比越大， 越大。二者效果相反，須折衷。qzH )(qzH )(第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)車身加速度均方根為 0)(dffGzz 結(jié)論：1）固有頻率 越低， 越小。即懸架越軟平順性越好。但固有頻率不可太低。否則懸架動(dòng)撓度太大，并會(huì)導(dǎo)致乘客暈車。2）阻尼有一最佳值，在0.2-0.4之間。mk /0z 第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)第

16、三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)車輪與路面間相對(duì)動(dòng)載荷幅頻特性 對(duì)單質(zhì)量系統(tǒng)zmFd 2它與簧載荷重量G的比值稱為相對(duì)動(dòng)載荷gzgmzmGzmGFd 222這和車身振動(dòng)加速度基本一樣，只差一常數(shù)g。故可用同樣公式求均方根值（標(biāo)準(zhǔn)差），求離地概率。第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)懸架彈簧動(dòng)撓度的幅頻特性 懸架彈簧動(dòng)撓度復(fù)振幅為 ，故頻響函數(shù) qzfd1)(qzqqzHqfd把頻響函數(shù) jjHqz2121)(2代入上式，得 jqfHdqfd21)(22幅頻特性為 22242)1()(）（ qfHdqdf第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)1、固有頻率越低，車身振動(dòng)加速度均方根值越低，平順性越好。但固有頻率太低，會(huì)導(dǎo)致汽車載荷變化時(shí)車身高度變化過大、懸架“擊穿”和乘員暈車；2、汽車懸架阻尼比不能過大或過小，有一最佳值，在0.2和0.4之間。平順性和固有頻率、阻尼比的關(guān)系第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)表中：f0 固有頻率 fs 懸架靜撓度fd 限位行程 阻尼比懸架參數(shù)實(shí)用范圍第三節(jié) 汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、單質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)0fsfdf0/fcm/sfcm/dfcm表6-5 懸架系統(tǒng) 、 、 值的實(shí)用范圍車型轎車1.21.11530790.20.4火車21.561169大客車1.81.271558越野汽車21.3613713第四節(jié) 汽車平順性試驗(yàn)和