1、第六章 汽车的平顺性,引 言,1. 汽车平顺性定义 指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。 由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以又称为乘坐舒适性。,客观评价,振动加速度,不平度,引 言,输入,输出,振动系统,随机振动,加速度均方根值：,评价参数,2. 平顺性研究方法,引 言,3、本章主要内容 1. 振动输入路面不平度的统计特性，道路谱。 2人体对振动的反应和平顺性的评价。 3汽车振动系统化，系统频响特性和参数对响应（输出）的影响。 4. 悬架性能评价（刚度、阻尼比的优选）,第一节 人体
2、对振动的反应和平顺性评价,一、人体对振动的反应,1ISO26311：1997(E)简介 （1）振动对人体的影响，取决于振动强度、频率、作用方向、持续时间。 （2）70年代 ISO2631人承受全身振动的评价指南。 （3）以短时间简谐振动实验为基础，1985年开始不断补充、修正，直到1997年 。,一、人体对振动的反应,1ISO26311：1997(E)简介 （4）ISO26311：1997(E)人承受全身振动的评价第一部分：一般要求。评价长时间作用的随机振动和多点输入多轴向振动环境对人体的影响时，能与主观感觉更好地符合。我国标准： GB/T4970-1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法,2.
3、人体受振模型,ISO26311：1997(E)定义了一个3点输入，12个轴向的振动模型,2.人体受振模型,频率加权函数：,轴加权系数：,总的加权加速度均方根值：,一、人体对振动的反应,几点说明: （1） 椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数k=1，是12个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的轴加权系数均小于0.8。 分析频率加权函数wd (xs、ys )、wk （zs），可知：,垂直方向敏感频带在412.5Hz水平方向敏感频带在0.52Hz,大约在3Hz以下，水平振动比垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。,一、人体对振动的反应,几点说明:
4、 （2）另外IS026311：1997(E)标准还规定，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑xs、ys、zs这三个轴向，且xs、ys两个水平轴向的轴加权系数取k1.4，比垂直轴向更敏感。 （3）标准还规定靠背水平轴向xb、yb可以由椅面xs、ys水平轴向代替，此时轴加权系数取k=1.4。 （4）我国在修订的相应标准GBT4970-1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法时，评价汽车平顺性就考虑椅面xs、ys、zs这三个轴向。,能否只用座椅支承面上的垂直振动来评价平顺性？,二、平顺性的评价方法,(一)基本评价法 先计算频率加权值，再计算各轴向加权（总加权）加速度均方根值。 1.对记录的加速度时间历
5、程a(t)，有两种方法计算频率加权加速度均方根值,二、平顺性的评价方法,加权加速度均方根值,式中，T-振动的分析时间，一般取120 S。,二、平顺性的评价方法,(一)基本评价法 先计算频率加权值，再计算各轴向加权（总加权）加速度均方根值。 1.对记录的加速度时间历程a(t)，有两种方法计算频率加权加速度均方根值 对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析得到功率谱 密度函数,加权加速度均方根值,二、平顺性的评价方法,(一)基本的评价方法 2.总加权加速度均方根值 当同时考虑椅面xs、ys、zs，这三个轴向振动时，三个轴向的总加权加速度均方根值按下式计算,二、平顺性的评价方法,(一)基本的评价方
6、法 3.有些“人体振动测量仪”采用加权振级Law，它与加权加速度均方根值aw换算，按下式进行式中，a0为参考加速度均方根值，a0=10-6ms-2 表62给出了加权振级Law和加权加速度均方根值aw与人的主观感觉之间的关系。,二、平顺性的评价方法,二、平顺性的评价方法,(二)辅助评价方法 当峰值系数9时，IS02631-1：1997(E)标准规定用4次方根值的方法来评价，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，此时采用辅助评价方法振动剂量值:,第一节结束,汽车悬架基本知识,汽车悬架（挂）？ 悬挂是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力联接装置的总称。悬架的组
7、成？ 悬架由弹性元件、减振元件和导向机构三部分组成。汽车悬架的分类？ 悬挂有非独立悬挂和独立悬挂两大类。,非独立悬挂和独立悬挂,麦弗逊式独立悬架,富康988EX车型前悬架,纵向摆臂横置双扭杆式独立悬架,富康988EX车型后悬架,纵置半椭圆板簧弹簧非独立悬架,昌河1018车型后悬架总成,随机振动基本概念,1.什么是随机振动？,随机振动基本概念,2. 随机过程的统计特征,随机过程是由无穷多个随机变量构成的随机变量系,均方值,方差,标准差（均方差）,均方根值,当 时 ：,随机振动基本概念,2. 随机过程的统计特征,自相关函数,自功率谱,自谱密度,自谱,自谱密度的定义：自相关函数的傅里叶变换,比较表中
8、总加权与三轴向加权的计算结果的差别,第一节结束,一、路面不平度的功率谱,1不平度函数 路面相对基准平面的高度q，沿道路走向长度I的变化q(I)。,速度函数：,加速度函数：,第二节 路面不平度的统计特性,一、路面不平度的功率谱,2路面功率谱密度式中： n空间频率，它是波长（m)的倒数，单位m-1 表示每米长度中包括几个波长。 n0参考空间频率，n=0.1 m-1 在n0频率时路面谱值称为路面不平度系数 W频率指数（双对数坐标上斜线的斜率）， 它决定路面谱的频率结构，一般W=2.,一、路面不平度的功率谱,3根据 、 将路面划分为八个等级,一、路面不平度的功率谱,4速度功率谱、加速度功率谱 当W=2
9、时：,白噪声,1关系 f = un f=un 式中 路面谱在频带n内包含的“功率”。 且 则,二、 将 化为,定义：,二、 将 化为,2位移谱,n=f/u,白噪声,3速度谱和加速度谱,二、 将 化为,第二节结束,一、汽车振动系统的简化,17个自由度模型 悬挂质量：车身车架车架上的总成 m2有 （垂直、俯仰、侧倾）3个自由度非悬挂质量：车轮车轴 m1有（垂直）4个自由度,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,一、汽车振动系统的简化,24个自由度模型 汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数相等：x(I)=y(I)。 悬挂质量：m22自由度（垂直、俯仰）非悬挂质量：m12自由度 （垂直
10、）,为一双轴汽车模型,总质量保持不变,质心位置不变,转动惯量 的值保持不变,m2简化,一、汽车振动系统的简化,32个自由度模型 悬挂质量分配系数： 即m2c=0，m2f、m2r在z方向上的运动相互独立，实际上是两个双质量系统的振动。,1/4汽车模型,一、汽车振动系统的简化,41个自由度模型 在远离车轮部分固有频率(1015Hz)的较低激振频率范围（如5Hz以下），轮胎动变形很小，忽略其弹性与车轮质量，得到分析车身垂直振动的最简单的单质量系统。,二、单质量系统的自由振动,运动微分方程： 运动微分方程的解：通解特解齐次微分方程：,阻尼比,或,二、单质量系统的自由振动,当 1时，通解为：,讨论：阻尼
11、比对衰减振动的影响,1与有阻尼固有频率有关 当 时， 只比 下降了3%左右。工程上，视 成立。,讨论：阻尼比对衰减振动的影响,2决定振幅的衰减程度,减幅系数,三、单质量系统的频率响应特性,1频率响应函数的概念,初始条件为0时，系统的输出与输入的傅里叶变换的比值为系统的频率相应函数。,三、单质量系统的频率响应特性,用输出与输入的复振幅的比值表示频率响应函数,复振幅,2频率响应特性推导,0.75,3. 幅频特性分析,（1）低频段0,0.75， 略大于1，不呈现明显的动态特性，阻尼比对这一段的影响不大。（2）共振段0.75, ， 出现共振峰值，将输入位移放大，加大 可使共振峰明显下降。 （3）高频段
12、 ，在 时， 1，与阻尼比无关；在 时， ，对输入起衰减作用，减小阻尼比对减振有利。,四、单质量系统对路面随机输入的响应,（一）用随机振动理论分析汽车平顺性概述 1.平顺性分析的振动响应量 车身加速度 悬架动挠度 车轮与路面间动载荷,限位行程 ： 由满载位置开始，压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到自由高度的1/2或1/3）时，车轮中心相对于车身的位移。,（一）用随机振动理论分析汽车平顺性概述,（2）振动响应的功率谱与均方根值 设 的均值为零，则方差（均方值），为 式中 标准差，均值为零时就等于均方根值。,（一）用随机振动理论分析汽车平顺性概述,（3）概率分布与标准差的关系 对均值为零
13、的正态分布 可通过查表或计算，在概率P ，标准差 ，界限值 三者间，任意2个已知，可求出另1个。,（一）用随机振动理论分析汽车平顺性概述,（3）概率分布与标准差的关系 例:对车轮动载荷,一般取 ,问: 的概率是多少?车轮离地的概率是多少?,0.3%,车轮离地的概率:,即,保持附着率的概率为99.85%,（二）车身加速度功率谱 的计算分析,（二）车身加速度功率谱 的计算分析,已知,结论：用响应量对速度输入的幅频特性来定性分析响应的均方根值谱,固有频率低好,2)阻尼比的影响,低频段：阻尼比影响不大；,共振段：阻尼比大好；共振点,高频段：阻尼比小好。,（三）车轮与路面间相对动载荷 对 的幅频特性,对单质量系统而言， 、 对相对动载荷与车身振动加速度的影响完全一样。,（四）悬架动挠度 对 的幅频特性,阻尼比只在共振段有影响。,能否说明动挠度的规律,（四）悬架动挠度 对 的幅频特性,分析固有频率和阻尼比的影响,结论：阻尼比只在共振段起衰减作用，固有频率增大，可以减小动挠度的幅值。,（五）悬架系统固有频率 与阻尼比 的选择,1.阻尼比,低频段：影响不大；共振段：高频段：对 影响不大，,（五）悬架系统固有频率 与阻尼比 的选择,2.固有频率,轿车：,越野车：,主动与半主动悬架,u,液压缸,半主动悬架,主动悬架,
