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第六章 汽车平顺性第一页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根第六章 汽车的平顺性n6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价n6-2 路面不平度的统计特性n6-3 汽车振动系统的简化和单质量系统n6-4 车身与车轮双质量系统的振动n6-5 双轴汽车的振动n6-6“人体-座椅”系统的振动第二页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价n1ISO26311：1997(E)简介第三页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价n1ISO26311：1997(E)简介n 在进行舒适性评价时，该标准除了考虑座椅支承面座椅支承面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向的角振动，以及座椅靠背座椅靠背和脚支承面脚支承面两个输入点各3个方向的线振动，共3个输入点12个轴向的振动。第四页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价n1ISO26311：1997(E)简介第五页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价由表6-1上各轴向的轴加权系数可以看出:（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。（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。第六页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价 （3）标准还规定座椅靠背水平轴向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）因此，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。第七页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价人体敏感频率范围 n椅面垂直轴向zs的频率加权函数最敏感频率范围标准规定为412.5Hz。n椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数 最敏感频率范围为0.52Hzn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。n4-8Hz:人的内脏器官产生共振n8-12.5Hz:对人的脊椎系统影响很大第八页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价n2平顺性的评价方法 IS026311：1997(E)标准规定，当振动波形峰值系数9时，IS02631-1：1997(E)标准规定用均4次方限值的方法来评价，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为 第十五页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性空间频率参考空间频率，0.1 m-1路面不平度系数频率指数一、路面不平度的功率谱密度第十六页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性一、路面不平度的功率谱密度n路面不平度8级分类标准第十七页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性一、路面不平度的功率谱密度影线面积为原联邦德国1983年公路路面谱分布范围第十八页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱0.5m3m车速，m/s空间频率，m-1时间频率，s-1e.g.则第十九页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱结论：时间频率或其带宽分别与空间频率或其带宽成正比，比例系数就是车速。“功率”相等第二十页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱车速一定时为常数第二十一页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱路面不平度功率谱密度第二十二页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性三、路面对四轮汽车的输入功率谱密度第二十三页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-2 路面不平度的统计特性三、路面对四轮汽车的输入功率谱密度第二十四页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统一、汽车振动系统的简化第二十五页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统一、汽车振动系统的简化七自由度汽车振动系统四自由度汽车振动系统第二十六页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统一、汽车振动系统的简化悬挂质量的动力学等效总质量保持不变质心位置不变纵垂面内转动惯量保持不变第二十七页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统一、汽车振动系统的简化令悬挂质量分配系数若则前、后悬挂质量的垂向运动相互独立，汽车振动系统简化为两个独立的单质量系统。第二十八页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统一、汽车振动系统的简化两点说明：n大部分汽车的悬挂质量分配系数在0.8与1.2之间；n在远离车轮部分固有频率的较低激振频率范围，轮胎变形很小，忽略其弹性与车轮质量。第二十九页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统二、单质量系统的自由振动运动方程或齐次方程或第三十页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统二、单质量系统的自由振动运动方程令则系统固有频率阻尼相对阻尼系数第三十一页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统二、单质量系统的自由振动齐次方程的解（小阻尼情况下 ）则若第三十二页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统二、单质量系统的自由振动阻尼比对自由振动的影响（1）（2）第三十三页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性运动方程令则代入运动方程得再令第三十四页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性所以记则频率响应函数第三十五页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根频率响应函数频率响应函数是频率 的复函数，其模表示输出谐量与输入谐量的振幅之比，而其相角表示它们的相位差。前者称为幅频特性幅频特性，后者称为相频特性相频特性。二者合称为频率响应频率响应特性特性（简称频响特性频响特性）。6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性频率响应函数的物理意义幅频特性幅频特性相频特性相频特性频率响应特性频率响应特性第三十六页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统频率响应特性举例相角滞后30振幅之比为25/20，即1.25第三十七页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性频率响应函数的另一种表示前面已经定义了 和 。定义频率比频率比则第三十八页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性按照定义，复振幅之比 就是频率响应函数（双对数坐标）第三十九页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性n幅频响应特性曲线的快速画法(1)确定低频段和高频段的渐近线(2)确定上述两渐近线的交点(3)确定交点频率比下的幅值第四十页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统三、单质量系统的频率响应特性n关于幅频特性的讨论(1)低频段(2)共振段(3)高频段低频段高频段共振段第四十一页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根(1)车身加速度 （影响平顺性和乘坐舒适性）(2)悬架弹簧的动挠度 （与设计空间有关，间接影响平顺性和乘坐舒适性）(3)路面与车轮间的动载 （反映安全性）6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n平顺性分析的振动响应量第四十二页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n振动响应量的功率谱密度与均方根值（线性系统、单输入条件下）均方值方差均值为0时：第四十三页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n振动响应量的概率分布与标准差的关系正态分布情况下，落在 以外的概率 汽车振动响应量的标准差、界限值和概率三者之间，任知两个即可求出第三个。第四十四页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n振动响应量的概率分布与标准差的关系例1 要求车身加速度 超过1g的概率 ，求车身加速度的标准差 。例2 某一汽车悬架弹簧动挠度 的标准差 ，现要求动挠度超过限位行程 ，即撞击限位的概率 ，求 。例3 已知 ，求车轮跳离地面的概率。第四十五页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n车身加速度功率谱密度的计算分析因路面不平度速度谱密度为常数，此式最方便第四十六页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n车身加速度功率谱密度的计算分析(续)第四十七页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根车身加速度均方根值谱的计算第四十八页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n车身加速度功率谱密度的计算分析(续)第四十九页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n车轮与路面间相对动载 的计算分析振动系统参数对动载的影响与对车身加速度的影响相同。注意：该结论是在单质量系统下获得的，是否具有普遍性还需用更复杂的模型进一步分析。第五十页，本课件共有54页静平衡位置汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n悬架弹簧动挠度 的计算分析频响函数幅频函数最大压缩行程第五十一页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n悬架弹簧动挠度 的计算分析第五十二页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n悬架弹簧动挠度 的计算分析第五十三页，本课件共有54页汽车理论北京航空航天大学 丁能根6-3 汽车振动单质量系统四、单质量系统对路面随机输入的响应n悬架系统固有频率 与阻尼比 的选择轿车货车越野车低高高0.20.4第五十四页，本课件共有54页