汽车操纵稳定性和平顺性.pptx

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1、2005年汽车理论课时安排第五章 汽车的操纵稳定性（12学时）第一节 概述（1学时）第二节 轮胎的侧偏特性（3学时）第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（6学时）第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系 （2学时）第1页/共136页2005年汽车理论课时安排第六章 汽车的平顺性（10学时）第一节 人体对振动的反映和平顺性的评价（1学时）第二节 路面不平度的统计特性（1学时）第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动（4学时）第四节 车身与车轮双质量系统的振动 （4学时）第2页/共136页第五章 汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性：在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过

2、转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。第3页/共136页第一节 概述第4页/共136页第一节 概述系统输入：转向盘角阶跃输入系统输出：横摆角速度第5页/共136页第一节 概述 操纵稳定性良好的操纵稳定性良好的汽车应具有适度的汽车应具有适度的不足转向特性不足转向特性第6页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性一、轮胎的坐标系第7页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线侧偏力的产生：1.路面的侧向倾斜2.侧向风3.曲线行驶时的离心力第8页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线刚性车轮轮胎无

3、侧向弹性第9页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线弹性车轮轮胎有侧向弹性轮胎的侧偏现象侧偏力作用在滚动车轮上，没有达到车轮与地面的侧向附着极限，车轮的行驶方向将偏离车轮平面的方向。轮胎的侧偏角当侧偏力作用在滚动车轮上，车轮与地面的接触印迹的中心线与车轮平面和地面的交线的夹角。第10页/共136页第11页/共136页第12页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线侧偏力Fy与侧偏角的关系：Fyf()第13页/共136页侧偏角不超过5度时，侧偏力Fy与侧偏角成线性关系。汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角不超过45度。第二

4、节 轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线第14页/共136页侧偏刚度侧偏刚度k k：侧偏力：侧偏力Fy侧偏角侧偏角曲线在曲线在0处的斜率。即作用在轮胎上的侧偏力与轮胎产生的侧偏角的比值，k k=dFy/d d(0）。在小侧偏角范围内侧偏力侧偏力Fy与侧偏角与侧偏角成线性关系，Fy=k第二节 轮胎的侧偏特性二、轮胎的侧偏现象和侧偏力侧偏角曲线第15页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响轮胎扁平率对侧偏特性有显著影响。轮胎扁平率对侧偏特性有显著影响。扁平率扁平率轮胎断面高轮胎断面高H H与轮胎宽与轮胎宽B B的比值。的比值。扁平率越小，侧偏刚度越

5、大。扁平率越小，侧偏刚度越大。第16页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响轮胎的垂直载荷对侧偏特性有显著影响。轮胎的垂直载荷对侧偏特性有显著影响。第17页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响轮胎的垂直载轮胎的垂直载荷增加，侧偏荷增加，侧偏刚度加大。刚度加大。第18页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响轮胎的充气压力增加，侧偏刚度加大。轮胎的充气压力增加，侧偏刚度加大。第19页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响曲线的包络线曲线的包络线称为称为附

6、着椭圆附着椭圆确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限。确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限。切向力增加，切向力增加，侧偏力减小。侧偏力减小。第20页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响第21页/共136页第22页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性四、回正力矩第23页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性五、有外倾角时轮胎的滚动外倾侧向力第24页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性五、有外倾角时轮胎的滚动FY kFY外倾侧向力；车轮外倾角；k外倾刚度；第25页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性五、有外倾角时轮胎的滚动第26页/共136页第二节 轮

7、胎的侧偏特性五、有外倾角时轮胎的滚动FY=FYa+FY=k+kFYa外倾角为零时的侧偏力；外倾角为零时的侧偏力；FY侧偏角为零时的外倾侧向力；侧偏角为零时的外倾侧向力；车轮外倾角；车轮外倾角；车轮侧偏角车轮侧偏角k外倾刚度；外倾刚度；k侧偏刚度；侧偏刚度；第27页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性五、有外倾角时轮胎的滚动第28页/共136页第二节 轮胎的侧偏特性五、有外倾角时轮胎的滚动正侧偏角对应负侧偏力与正回正侧偏角对应负侧偏力与正回正力矩；正力矩；正外倾角对应负外倾侧向力与正外倾角对应负外倾侧向力与负回正力矩。负回正力矩。第29页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应

8、l 忽略转向系的影响，以前轮转角为输入；忽略转向系的影响，以前轮转角为输入；l 忽略其他方向的运动，只有平行于地面的平面运动；忽略其他方向的运动，只有平行于地面的平面运动；l 假设沿假设沿x x轴的匀速运动，只有沿轴的匀速运动，只有沿y y轴的侧向运动和轴的侧向运动和 绕绕z z轴的转动。轴的转动。l 轮胎的侧偏特性处于线性范围；轮胎的侧偏特性处于线性范围；l 忽略地面切向力对轮胎侧偏的影响；忽略地面切向力对轮胎侧偏的影响；l 忽略空气动力的作用；忽略轮胎回正力矩的作用；忽略空气动力的作用；忽略轮胎回正力矩的作用；l 忽略左右轮载荷变化对轮胎侧偏的影响；忽略左右轮载荷变化对轮胎侧偏的影响；一、

9、线性二自由度汽车模型的运动微分方程第30页/共136页第31页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应1.1.确定汽车质心的（绝对）加速度确定汽车质心的（绝对）加速度 在车辆坐标系上的分量；在车辆坐标系上的分量；2.2.确定二自由度汽车受到的外力和外力矩确定二自由度汽车受到的外力和外力矩 沿沿y y轴方向的合力和绕质心的合力矩；轴方向的合力和绕质心的合力矩；3.3.确定加速度和外力以及外力矩的关系；确定加速度和外力以及外力矩的关系；一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程第32页/共136页第33页/共136页1.1.确定汽车质心的（绝对

10、）加速度确定汽车质心的（绝对）加速度 在车辆坐标系上的分量在车辆坐标系上的分量(1).(1).在在t t时刻：质心速度在时刻：质心速度在x x轴上的投影为：轴上的投影为：(2).(2).在在(t+t)(t+t)时刻：时刻：质心速度在质心速度在x x轴上的分量为：轴上的分量为：质心速度在质心速度在y y轴上的分量为：轴上的分量为：第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程第34页/共136页(3).t时刻汽车质心速度的变化量时刻汽车质心速度的变化量在在x x轴上的投影为：轴上的投影为：第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应(t+t)时刻汽车质

11、心速度时刻汽车质心速度在在x x轴上的投影为：轴上的投影为：由于由于()很小，因此很小，因此第35页/共136页(4).t时刻时刻质心加速度在质心加速度在x x轴上的分量轴上的分量 除以除以t t并取极限，并取极限，得质心加速度在得质心加速度在x x轴上的分量为：轴上的分量为：r汽车的横摆角速度。汽车的横摆角速度。第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应同理可得，同理可得，质心加速度在质心加速度在y y轴上的分量为：轴上的分量为：第36页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应2.确定二自由度汽车受到的外力和外力矩确定二自由度汽车受到的外力和外力矩 沿沿y y轴方向

12、的合力和绕质心的合力矩轴方向的合力和绕质心的合力矩沿沿y y轴方向的合力：轴方向的合力：绕质心的合力矩：绕质心的合力矩：Fy1，Fy2地面对前后轮的侧向反作用力地面对前后轮的侧向反作用力前轮转角；由于前轮转角；由于较小，因此较小，因此 cos=1。第37页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应2.确定二自由度汽车受到的外力和外力矩确定二自由度汽车受到的外力和外力矩 沿沿y y轴方向的合力和绕质心的合力矩轴方向的合力和绕质心的合力矩设：设：式中，式中，u u质心速度在质心速度在x x轴上的投影；轴上的投影；v v质心速度在质心速度在y y轴上的投影；轴上的投影；质心速度方向

13、质心速度方向与与x x轴夹角；轴夹角；前轮速度方向前轮速度方向与与x x轴夹角；轴夹角；第38页/共136页2.确定二自由度汽车受到的外力和外力矩确定二自由度汽车受到的外力和外力矩 沿沿y y轴方向的合力和绕质心的合力矩轴方向的合力和绕质心的合力矩根据坐标系的规定，前后轮的侧偏角为：根据坐标系的规定，前后轮的侧偏角为：第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应第39页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应2.确定二自由度汽车受到的外力和外力矩确定二自由度汽车受到的外力和外力矩 沿沿y y轴方向的合力和绕质心的合力矩轴方向的合力和绕质心的合力矩第40页/共136页3.

14、确定加速度与外力和外力矩的关系确定加速度与外力和外力矩的关系第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应Iz绕绕z z轴的转动惯量；轴的转动惯量；横摆角加速度横摆角加速度第41页/共136页线性二自由度汽车模型的运动微分方程线性二自由度汽车模型的运动微分方程结论公式：结论公式：结构参数：结构参数：k1,k2前后轮胎侧偏刚度；前后轮胎侧偏刚度；m,Iz汽车质量和绕质心的转动惯量；汽车质量和绕质心的转动惯量；a,b质心至前后轴的距离；质心至前后轴的距离；速度参数：速度参数：v质心速度的侧向分量；质心速度的侧向分量；u质心速度的纵向分量；质心速度的纵向分量；r横摆角速度（转向时的转动角速度）；横

15、摆角速度（转向时的转动角速度）；v/u;加速度参数：加速度参数：侧向加速度；侧向加速度；横摆角加速度；横摆角加速度；激励或输入：激励或输入：前轮转角。前轮转角。第42页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应二、前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应二、前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应 等速圆周运动等速圆周运动（一）稳态响应（一）稳态响应评价指标：稳态横摆角速度增益（转向灵敏度）评价指标：稳态横摆角速度增益（转向灵敏度）稳态的横摆角速度与前轮转角的比值。稳态的横摆角速度与前轮转角的比值。用符号用符号 表示。表示。第43页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（一

16、）稳态响应（一）稳态响应稳态时横摆角速度为定值，即：稳态时横摆角速度为定值，即：代入运动微分方程，得：代入运动微分方程，得：第44页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（一）稳态响应（一）稳态响应两式联立并消去两式联立并消去v v，得稳态横摆角速度增益为：，得稳态横摆角速度增益为：K稳定性因数，是表征汽车稳态响应的重要参数稳定性因数，是表征汽车稳态响应的重要参数第45页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应第46页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应第47页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（二）稳

17、态响应的三种类型（二）稳态响应的三种类型 1.1.中性转向中性转向K=0时，时，即横摆角速度增，即横摆角速度增益与车速成线性关系，斜率为益与车速成线性关系，斜率为1/L。上述关系式就是汽车以极低车速行驶而无侧偏角时上述关系式就是汽车以极低车速行驶而无侧偏角时的转向关系。即：的转向关系。即：前轮转角：前轮转角：L/R；转向半径：转向半径：RL/；横摆角速度：横摆角速度：r(u/L)第48页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（二）稳态响应的三种类型（二）稳态响应的三种类型 2.不足转向不足转向K0，横摆角速度增益比中性转向时要小，不再与横摆角速度增益比中性转向时要小，不再

18、与车速成线性关系。车速成线性关系。l 转向半径大于中性转向半径。转向半径大于中性转向半径。l K值越大，不足转向量越大。值越大，不足转向量越大。第49页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（二）稳态响应的三种类型（二）稳态响应的三种类型2.不足转向不足转向 特征车速特征车速横摆角速度函数的最大值，即：横摆角速度函数的最大值，即：特征车速是表征不特征车速是表征不足转向量的参数，足转向量的参数，当不足转向量增加当不足转向量增加时，时，K增加，特征增加，特征车速降低。车速降低。第50页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应（二）稳态响应的三种类型（二）稳

19、态响应的三种类型3.过多转向过多转向K0时，时，R/R01，不足转向汽车的转向半径，不足转向汽车的转向半径R大于大于R0，且转向半径随车速增加而增大。，且转向半径随车速增加而增大。c)当当K0时，时，R/R02,aa,S.M.0,不足转向不足转向当质心在当质心在Cn之后时，之后时，1 2,aa,S.M.0,过多转向过多转向第64页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应1.前轮角阶跃输入下的横摆角速度瞬态响应前轮角阶跃输入下的横摆角速度瞬态响应第65页/共136页第三节 线性二自由度汽车模型 对前轮角输入的响应第6

20、6页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系一、汽车的侧倾（一）车厢侧倾轴线车厢相对地面转动时的瞬时轴线。侧倾中心车厢侧倾轴线通过车厢在前后轴处横断面上的瞬时转动中心。侧倾中心的位置决定于悬架导向机构，分别讨论单横臂独立悬架和双横臂独立悬架的侧倾中心。第67页/共136页单横臂独立悬架的侧倾中心第68页/共136页双横臂独立悬架的侧倾中心第69页/共136页双横臂独立悬架的侧倾中心第70页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系（二）悬架的侧倾角刚度侧倾时（车轮保持在地面上）单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩。第71页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系1.

21、悬架的线刚度车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力。非独立悬架：悬架的线刚度等于两个弹簧刚度之和。第72页/共136页独立悬架的线刚度：K1=2ks(m/n)2第73页/共136页第74页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系2.悬架的侧倾角刚度第75页/共136页第76页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系（三）车厢侧倾角车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角。侧倾力矩：1.悬挂质量离心力引起的侧倾力矩MrI；2.侧倾后，悬挂质量重力引起的侧倾力矩MrII；3.独立悬架中，非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩MrIII悬架总的侧倾角刚度：前、

22、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和第77页/共136页第78页/共136页第79页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系二、侧倾时垂直载荷在左右车轮上的重新分配及对稳态响应的影响侧倾时，外侧车轮的垂直载荷增加，内侧车轮的垂直载荷减少。轮胎侧偏刚度与垂直载荷有关，侧倾时由于垂直载荷在左右车轮上的重新分配，引起左右轮胎的平均侧偏刚度下降。对于前轴趋于增加不足转向，对于后轴趋于减少不足转向。第80页/共136页第81页/共136页第82页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系三、侧倾外倾侧倾时车轮外倾角的变化侧倾时，当车轮外倾的倾斜方向与地面侧向反作用力方向一致时，侧偏角的绝对值减小

23、；反之则增大。侧倾外倾系数车厢侧倾引起的车轮外倾角的变化。第83页/共136页第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系四、侧倾转向非独立悬架，前悬架的前后支撑点要前高后低，以增加不足转向趋势；后悬架的前后支撑点要前低后高，以增加不足转向趋势。独立悬架，前悬架的前束在轮胎跳动过程中变化要尽可能小，以减少干涉转向。并且在压缩行程时前束变化量要减小，伸张行程时前束变化量要增大，以增加不足转向趋势。非独立悬架，在轮胎跳动过程中转向节臂球销中心的运动轨迹应与悬架中心点的运动轨迹保持一致，以减少干涉转向。第84页/共136页前悬架 后悬架第85页/共136页第86页/共136页第87页/共136页第六章 汽车的

24、平顺性汽车的平顺性保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内。路面汽车人系统框图：路面不平度车速弹性元件阻尼元件整车质量车身传至人体的加速度悬架动挠度车轮动载荷输入振动系统输出第88页/共136页第六章 汽车的平顺性研究目的：控制振动的传递，使乘坐者不舒适的感觉不超过一定界限。研究内容：人体对振动的反映和平顺性的评价。路面不平度的统计特性。汽车振动系统的传递特性。第89页/共136页第一节 人体对振动的反映 和平顺性的评价 1997年国际标准化组织制定了国际标准 ISO2631人体对加速度最敏感，因此用振动加速度均方根值（包括线振动和角振动）来评价平顺性。座椅支撑

25、面处3个方向的线振动和角振动。座椅靠背处3个方向的线振动。脚支撑面处3个方向的线振动。人体对不同频率振动的敏感程度不同。第90页/共136页平顺性的评价指标平顺性的评价指标加权加速度均方根值加权加速度均方根值第一节 人体对振动的反映 和平顺性的评价第91页/共136页位置位置坐标坐标轴轴加速度均加速度均方根值方根值轴加权轴加权系数系数频率加频率加权函数权函数加权加速度均加权加速度均方根值方根值座座椅椅支支撑撑面面X Xs sY Ys sZ Zs sR Rx xR Ry yR Rz za axsxsa aysysa azszsa aRXRXa aRYRYa aRZRZ1.001.001.001.

26、001.001.000.630.630.400.400.200.20w wd dw wd dw wk kw we ew we ew we ea axsxsa aysysa azszsa aRXRXa aRYRYa aRZRZ靠靠背背X Xb bY Yb bZ Zb ba axbxba aybyba azbzb0.800.800.500.500.400.40w wc cw wd dw wd da axbxba aybyba azbzb脚脚X Xf fY Yf fZ Zf fa axfxfa ayfyfa azfzf0.800.800.500.500.400.40w wk kw wk kw wk

27、ka axfxfa ayfyfa azfzf(a axsxs)2 2+(a+(aysys)2 2+(a+(azszs)2 2+(a+(aRXRX)2 2+(a+(aRYRY)2 2+(a+(aRZRZ)2 2+(a(axbxb)2 2+(a+(aybyb)2 2+(a+(azbzb)2 2+(a+(axfxf)2 2+(a+(ayfyf)2 2+(a+(azfzf)2 2 1/21/2=a av v第92页/共136页轴加权系数：座椅支撑面上三个线振动的轴加权系数k=1，是12个轴向振动中人体最敏感的，其余各轴向振动的轴加权系数都小于0.8。标准中还规定座椅靠背的水平轴向可由座椅支撑面的水平轴

28、向代替，此时轴加权系数取k=1.4。国家标准GB/T4970-1996：汽车平顺性随机输入行驶试验方法。评价平顺性时只计算座椅支撑面上三个线振动。第一节 人体对振动的反映 和平顺性的评价第93页/共136页第一节 人体对振动的反映 和平顺性的评价频率加权函数：频率加权函数：以座椅垂直轴向加速度的频率加权函数为例：48Hz频率范围内的振动会引起人体内脏器官产生共振；812.5Hz频率范围内的振动对人体脊椎系统影响很大。第94页/共136页第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的功率谱密度：空间功率谱密度：其中，n空间频率（m-1)，是波长的倒数，表示每米长度中包括几个波长；n0参考空间频率，n0

29、=0.1m-1；Gq(n0)参考空间频率下的路面不平度的功率谱密度值，称为路面不平度系数；m2/m-1=m3第95页/共136页第二节 路面不平度的统计特性时间功率谱密度：其中，Gq(f)时间功率谱密度，m2s；v行驶车速，m/s；f时间频率，Hz第96页/共136页第三节 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七自由度模型：第97页/共136页单自由度模型：第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动第98页/共136页第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动二、单自由度系统的自由振动第99页/共136页第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动第100页/共136

30、页第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动对振动微分方程进行付氏变换：对振动微分方程进行付氏变换：三、单自由度系统的频率响应特性三、单自由度系统的频率响应特性第101页/共136页第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动第102页/共136页=1=21/2=0=0.25=0.51100.10.110H(j)第103页/共136页阻尼比分析：阻尼比对低频段（00.75）影响不大阻尼比对共振段（0.75 21/2）影响很大，衰减输入位移，减小阻尼对减振有利。因此，一般汽车悬架的阻尼比取0.20.4。第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动第104页/共136页第三节 汽车振动系统的简化

31、 单质量系统的振动四、单自由度系统对路面随机输入的响应四、单自由度系统对路面随机输入的响应1.1.车身加速度功率谱密度车身加速度功率谱密度第105页/共136页1100.1H(j)f=1f=2f0=1f0=2 固有频率提高，在共振段和高频段都成比例地放大位移输入。因此降低悬架的固有频率可以明显减小振动加速度的传递，这是改善平顺性的基本措施。第106页/共136页第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动四、单自由度系统对路面随机输入的响应四、单自由度系统对路面随机输入的响应2.2.车轮与路面间动载荷的功率谱密度车轮与路面间动载荷的功率谱密度第107页/共136页第三节 汽车振动系统的简化 单

32、质量系统的振动四、单自由度系统对路面随机输入的响应四、单自由度系统对路面随机输入的响应3.3.悬架动挠度的功率谱密度悬架动挠度的功率谱密度第108页/共136页第三节 汽车振动系统的简化 单质量系统的振动四、单自由度系统对路面随机输入的响应四、单自由度系统对路面随机输入的响应结论：结论：悬架阻尼比应为小阻尼，保持在悬架阻尼比应为小阻尼，保持在0.20.40.20.4之间。降低固有频率可之间。降低固有频率可以明显减小车身加速度，这是改善平顺性的一个基本措施。但以明显减小车身加速度，这是改善平顺性的一个基本措施。但降低固有频率会使动挠度增加，悬架限位行程增大，因此降低降低固有频率会使动挠度增加，悬

33、架限位行程增大，因此降低固有频率是有限的。固有频率是有限的。第109页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动一、运动方程与振型分析系统输出和输入：z2(t)车身垂直位移输出；z1(t)车轮垂直位移输出；q(t)路面不平度位移输入；结构参数：M2悬挂质量（车身质量）；M1非悬挂质量（车轮质量）；K悬架刚度；Kt轮胎刚度；C减振器的阻尼系数；第110页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动一、运动方程与振型分析隔离体受力分析：M2M1第111页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动一、运动方程与振型分析运动微分方程：无阻尼自由振动的运动微分方程：第112页/共136页第四节

34、 车身与车轮双质量系统的振动一、运动方程与振型分析若M1不动（z1=0），则相当于只有车身质量M2的单自由度无阻尼自由振动，微分方程为：若M2不动（z2=0），则相当于只有车轮质量M1的单自由度无阻尼自由振动，微分方程为：偏频双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率。0和t都被称为偏频。第113页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动一、运动方程与振型分析系统的频率方程或特征方程：低的主频率与0接近，高的主频率2与t接近。当激振频率接近1时，产生低频共振；当激振频率接近2时，产生高频共振。第114页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动二、双质量系统的传递特性对运动微分方程进

35、行付氏变换：第115页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动二、双质量系统的传递特性整理得：第116页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动二、双质量系统的传递特性第117页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动激振频率 f(Hz)激振频率 f(Hz)f0ftf0ft11二、双质量系统的传递特性第118页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动三、响应量的幅频特性1.车身加速度 对 的幅频特性第119页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动三、响应量的幅频特性2.相对动载荷Fd/G对 的幅频特性第120页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动三、响

36、应量的幅频特性3.悬架动挠度对 的幅频特性第121页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动四、响应量的均方根值第122页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动第123页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动五、系统参数对振动响应均方根值的影响1.车身固有频率车身加速度和车轮动载荷的均方根值与车身固有频率成正比变化，变化幅度大于车身固有频率的变化幅度；悬架动挠度的均方根值与车身固有频率成反比变化，变化幅度小于车身固有频率的变化幅度。第124页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动第125页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动五、系统参数对振动响应均方根值

37、的影响2.车身部分阻尼比阻尼比增加，在低频共振区，车身加速度和车轮动载荷的幅频特性的峰值下降；在低频和高频两个共振区之间车身加速度和车轮动载荷的幅频特性的幅值增大；在高频共振区，车身加速度的幅频特性的幅值变化很小，而车轮动载荷的幅频特性的幅值变化很大。悬架动挠度的幅频特性在高低两个共振区幅值显著下降，在两个共振区之间变化很小。车身加速度的均方根值在0.150.2之间有最小值，车轮动载荷的均方根值在0.4附近有最小值。平顺性要求阻尼比取较小值，行驶安全性要求阻尼比取较大值。阻尼比增加使悬架动挠度的均方根值显著下降。第126页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动第127页/共136页第四

38、节 车身与车轮双质量系统的振动五、系统参数对振动响应均方根值的影响3.车身与车轮部分质量比=M2/M1当车身质量一定时，质量比增加则车轮质量减少。使车轮部分的固有频率t和车轮部分的阻尼比t提高。质量比增大，车身加速度和悬架动挠度的均方根值略有减少，车轮动载荷的均方根值下降较大。因此，减小车轮部分质量对平顺性影响不大，主要影响行驶安全性。第128页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动第129页/共136页第四节 车身与车轮双质量系统的振动五、系统参数对振动响应均方根值的影响4.悬架与轮胎的刚度比=Kt/K当悬架刚度不变时，刚度比增大则轮胎刚度增大，使车轮部分的固有频率t提高，使车轮部分

39、的阻尼比t降低。使三个幅频特性的高频共振峰向高频移动，且峰值提高。其中车轮动载荷的变化最大，车身加速度次之，悬架动挠度变化很小。刚度比增大，车轮动载荷的均方根值增加最显著，车身加速度的均方根值次之，悬架动挠度的均方根值变化很小。因此采用软轮胎对于提高车轮与地面间的附着性能，改善平顺性有明显效果。第130页/共136页主动悬架和半主动悬架介绍组成：传感器、电控单元(ECU)、执行器功能：适应路面变化，提高舒适性。主动悬架半主动悬架第131页/共136页1-模式选择开关 2-模式指示灯 3-继电器（2个）4-电控单元（ECU）5-后执行器（左右各1）6-后可调阻尼减振器 7-点火开关 8-车速传感

40、器 9-制动传感器 10-转向传感器 11-前可调阻尼减振器 12-加速传感器 13-前执行器（左右各1）14减光继电器图1.汽车半主动控制悬架系统第132页/共136页AD转换放大器微处理器存储器放 大器左前执行器右前执行器左后执行器右后执行器硬工况继电器软工况继电器车速传感器加速传感器制动传感器转向传感器输 入处 理器微 型计 算机输 出驱 动器电控单元基准电压调节器传感器执行器第133页/共136页节气门开度信号值加速俯仰角加速度计算值制动俯仰角加速度计算值转向侧倾角加速度计算值制动液压力信号值方向盘转角信号值行驶车速信号值计算值大于门限值计算值大于门限值计算值大于门限值输出控制信号，硬阻尼工况输出控制信号，软阻尼工况是是是否否否车速值大于门限值是否第134页/共136页课程全部结束祝考试顺利通过第135页/共136页感谢您的观看。第136页/共136页