第六章 汽车平顺性1

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车理论,北京航空航天大学 丁能根,*,汽车理论,北京航空航天大学 丁能根,第六章 汽车的平顺性,“,路面,-,汽车,-,人,”,系统与汽车的平顺性,汽车的平顺性评价指标,汽车理论,北京航空航天大学 丁能根,第六章 汽车的平顺性,6-1,人体对振动的反应和平顺性的评价,6-2,路面不平度的统计特性,6-3,汽车振动系统的简化和单质量系统,6-4,车身与车轮双质量系统的振动,6-5,双轴汽车的振动,6-6,“,人体,-,座椅,”,系统的振动,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,1,ISO2631,1,：,1997(E),简介,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,1,ISO2631,1,：,1997(E),简介,在进行舒适性评价时，该标准除了考虑,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,和,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。,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,1,ISO2631,1,：,1997(E),简介,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,x,s,、,y,s,、,z,s,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,IS02631,1,：,1997(E),标准还规定，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑,x,s,、,y,s,、,z,s,这三个轴向，且,x,s,、,y,s,两个水平轴向的轴加权系数取,k,1.4,，比垂直轴向更敏感。,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,x,b,、,y,b,可以由椅面,x,s,、,y,s,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,GB,T4970-1996,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,x,s,、,y,s,、,z,s,这三个轴向。,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,椅面垂直轴向,z,s,的频率加权函数最敏感频率范围标准规定为,412.5Hz,。,椅面水平轴向,x,s,、,y,s,的频率加权函数 最敏感频率范围为,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。,4-8Hz:,人的内脏器官产生共振,8-12.5Hz:,对人的脊椎系统影响很大,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,2,平顺性的评价方法,IS02631,1,：,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,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,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,路面不平度,8,级分类标准,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,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,0.5,m,3m,车速，,m/s,空间频率，,m,-1,时间频率，,s,-1,e.g.,则,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,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,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,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,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,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,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,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,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。,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：,大部分汽车的悬挂质量分配系数在0.8与1.2之间；,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。,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,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,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,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）,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,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,汽车理论,北京航空航天大学 丁能根,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,，后者称为,相频特性,。二者合称为,频率响应特性,（简称,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,相频特性,频率响应特性,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,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,则,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）,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,幅频响应特性曲线的快速画法,确定低频段和高频段的渐近线,确定上述两渐近线的交点,确定交点频率比下的幅值,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,关于幅频特性的讨论,低频段,共振段,高频段,低频段,高频段,共振段,汽车理论,北京航空航天大学 丁能根,车身加速度,（影响平顺性和乘坐舒适性）,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）,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,平顺性分析的振动响应量,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,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：,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,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。,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,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。,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,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,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,车身加速度功率谱密度的计算分析,(,续,),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,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,车身加速度功率谱密度的计算分析,(,续,),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,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。,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,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,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,悬架弹簧动挠度,的计算分析,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,悬架弹簧动挠度,的计算分析,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,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,