5-7章课堂思考题及解答.pdf

武汉理工大学 余晨光 武汉理工大学 余晨光 什么是操纵稳定性？为何日益受到重视？ 什么是转向盘角阶跃输入？什么是转向盘角阶跃 输入下的稳态响应和瞬态响应？它们的评价参量 有哪些？ 典型行驶工况性能主要包括哪些？其评价参量主 要有哪些？ 什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动 参量？ 武汉理工大学 余晨光 什么是操纵稳定性？为何日益受到重视？ 答：在驾驶者不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽 车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方 向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰 而保持稳定行驶的能力。 随着道路的改善，尤其是高速公路的发展，汽车 行驶车速越来越高，现代轿车的最高车速较多都 超过 200km/h。因此汽车的操纵稳定性日益受到 重视。 武汉理工大学 余晨光 什么是转向盘角阶跃输入？什么是转向盘角阶跃输 入下的稳态响应和瞬态响应？它们的评价参量有哪 些？ 答：等速直线行驶时，急剧转动转向盘至某一转角， 并维持此转角不变，即对汽车以转向盘角阶跃输入。 一般汽车经短暂的过渡过程后进入等速圆周行驶， 称为转向盘角阶跃输入下的稳态响应。在等速直线 行驶和等速圆周行驶两个稳态运动之间的过渡过程 所对应的瞬间运动响应称为转向盘角阶跃输入下的 瞬态响应。 其评价参量有：稳态横摆角速度增益（转向灵敏 度）、反应时间、横摆角速度波动的无阻尼圆频率。 武汉理工大学 余晨光 典型行驶工况性能主要包括哪些？其评价参量主 要有哪些？ 答：典型行驶工况性能主要包括蛇行性能 、 移线性 能 、 双移线性能 （ 回避障碍性能 ） 。 其评价参量主要有转向盘转角 、 转向力 、 侧向加 速度 、 横摆角速度 、 侧偏角 、 车速等 。 武汉理工大学 余晨光 什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动 参量？ 答：图中 OXYZ坐标系固定在车身上 ， 原点 O为汽 车的质心 ， 处于汽车左右对称平面内 ， X轴为车 身纵向水平轴 ， 方向向前 。 Z轴通过质心指向上 方 ， Y轴水平向左 。 在车辆坐标系中描述的汽车运动包括汽车质心速 度在 X轴 、 Y轴和 Z轴上的分量 （ 分别称为前进速 度 u、 侧向速度 v和垂直速度 ） ， 以及车身角速度 在 X轴 、 Y轴和 Z轴上的分量 （ 分别称为侧倾角速 度 p、 俯仰角速度 q和横摆角速度 r） 。 武汉理工大学 余晨光 什么是车辆坐标系？在该坐标中定义了哪些运动 参量？ 武汉理工大学 余晨光 什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外 倾角是如果定义的？ 什么是侧偏现象？何时会出现？ 什么是侧偏特性？侧偏力和侧偏角的关系如何？ 轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何？ 为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？ 武汉理工大学 余晨光 什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外倾 角是如果定义的？ 答： 轮胎坐标系原点 O为车轮平面和地平面的交线与车轮 旋转轴线在地平面上投影线的交点。车轮平面与地平面 的交线取为 X轴，规定向前为正。 Z轴与地平面垂直， 规定指向上方为正。 Y轴在地平面上，规定面向车轮前 进方向时指向左方为正。 地面反作用力产生绕 Z轴的回正力矩按右手法则判断正 负；侧偏角是轮胎接地印迹中心（即坐标系原点）位移 方向与 X轴的夹角，偏向 XOY平面第一象限为正；外倾 角是垂直平面 (XOZ面 )与车轮平面的夹角，规定偏向右 方为正（即右轮外倾角为正，左轮外倾角为负）。 武汉理工大学 余晨光 什么是轮胎坐标系？正的回正力矩、侧偏角和外倾 角是如果定义的？ 武汉理工大学 余晨光 什么是侧偏现象？何时会出现？ 答：轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时， 即使地面的侧向反作用力 FY（即侧偏力）没有达 到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的 现象。 汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲 线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿 Y轴方向 将作用有侧向力 Fy，在地面上产生相应的地面侧 向反作用力 FY（即侧偏力）时会出现侧偏现象。 武汉理工大学 余晨光 什么是侧偏特性？侧偏力和侧偏角的关系如何？ 答：侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角 间的关系。 汽车正常行驶时，侧向加速度不超过 0.4g，侧偏 角不超过 4 5，可以认为侧偏角与侧偏力成线 性关系。 FY 曲线在 0处的斜率，称为侧偏 刚度 k，单位为 N/rad或 N/()。即： YFk 武汉理工大学 余晨光 轮胎结构及工作条件对侧偏特性的影响如何？ 答：尺寸 的轮胎， k ； 子午线轮胎接地面宽， k ； 钢丝轮胎比尼龙轮胎 k ； 扁平率（高宽比）： H /B ， k ； 在一定范围内，载荷 （ FZ）， k。但载荷 时， k； 轮胎充气压力 ， k ； 行驶车速对 k影响较小； 切向作用力 FX增加，侧偏力 FY减小； 潮湿特别在积水时， k 很大。 武汉理工大学 余晨光 为何有回正力矩存在还有可能造成翻倾事故？ 答：通过对侧偏力引起的稳定回正力矩的分析： 1）侧偏力 FY较小时，其轮胎拖距 e较小，此时回正 力矩 TZ= FY e较小； 2）侧偏力 FY增加时，其轮胎拖距 e也随之增大，此 时回正力矩 TZ增大； 3）随着侧偏力 FY进一步加大，接地印记后部部分 达到附着极限，轮胎拖距 e逐渐减小，此时回正力 矩 TZ也有所减小； 4）之后接地面后部发生侧向滑动，轮胎拖距 e变为 负值，此时回正力矩 TZ不再起回正作用，而是加 剧转向，这时就有可能造成翻倾事故。 武汉理工大学 余晨光 外倾角与外倾侧向力的关系如何？外倾角如何产 生回正力矩，其正负符号如何？ 什么是线性二自由度汽车模型？如何将汽车简化 为线性二自由度汽车模型？ 武汉理工大学 余晨光 外倾角与外倾侧向力的关系如何？外倾角如何产 生回正力矩，其正负符号如何？ 答：外倾侧向力 FY与外倾角 是线性关系，即 由于车轮的向前滚动，轮胎和地面的相互作用力 （分布力）偏向前方，外倾侧向力 FY的作用点和地 面垂直反力 FZ类似也偏向前方，因此产生绕 OZ轴的 回正力矩。 在轮胎坐标系中，右轮的外倾角为正，产生负的外 倾侧向力，产生负的回正力矩。 YFk 武汉理工大学 余晨光 什么是线性二自由度汽车模型？如何将汽车简化 为线性二自由度汽车模型？ 答：线性二自由度汽车模型是指仅有沿 y轴的侧向 速度 v和绕 z轴的横摆运动 r，且轮胎的侧偏特性 处于线性范围的汽车模型。 简化过程： 忽略转向系统的影响，直接以前轮转角 作为输入； 忽略悬架的作用；车身只作平行于地面的平面运 动（即 w、 P、 q均为 0）； 汽车前进速度 u不变； 汽车的侧向加速度 ay0 RR0 Understeer不足转向 K0 RR0 Oversteer过多转向 22 0 2 ( 1 ) ( 1 ) 1 r r u u LuR R K u R K u uL Ku 武汉理工大学 余晨光 什么是 特征车速 和临界车速？如何计算？有何意义？ 答：当车辆为不足转向时，车速为特征车速 uch时， 汽车稳态横摆角速度增益达到最大值，而且其值为 中性转向汽车横摆角速度增益的 50%。 计算式为： 特征车速 uch是表征不足转向量的一个参数。当不 足转向量增加时， K增大，特征车速 uch降低。另外 对于高速行驶轿车，一般特征车速 uch在 7080km/h左右，即汽车常用车速时转向灵敏度 较高。 ch 1uK 武汉理工大学 余晨光 什么是特征车速和 临界车速 ？如何计算？有何意义？ 答：当车辆为过多转向时，当车速为 ucr时，汽车横 摆角速度增益趋向于无穷大，汽车将失去稳定性。 ucr称为临界车速，是表征过多转向量的一个参数。 临界车速 ucr越低，过多转向量越大。 计算式： 临界车速 ucr的意义在于过多转向时，如果接近临界 车速 ucr时汽车将失去稳定性。因为此时 r/趋于无 穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横 摆角速度。这意味着汽车的转向半径 R极小，汽车发 生激转而侧滑或翻车。 cr -1uK 武汉理工大学 余晨光 有哪几种表示汽车稳态转向特性的方法。 答： 1）根据汽车稳态转向三种类型的定义，即 R/R0的关系来判断； 2）根据稳定性因数 K值来判断； 3）根据前后车轮侧偏角绝对值的差即（ 1-2） 来判断； 4）根据静态储备系数 S.M.来判断； 5）根据中性转向点 Cn与汽车质心 C的位置关系来 判断。 0 1 2/ 1 0 ( ) 0 . . 0 C n R R K S M C 质 心 在 中 性 转 向 点 之 前 武汉理工大学 余晨光 表征稳态响应的具体参数有哪些？它们彼此之间 的关系如何？ 答：表征稳态响应的具体参数通常有 R/R0、 K、 （ 1-2）、 S.M.等。它们之间的相互关系如 下： 20/1R R K u 12 yK a L 0 1 2 1 2 /( ) ( )LR R R 2 1 2 1 2 1 2 . k k kaLS M Kk k L k k m 武汉理工大学 余晨光 前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品 质好坏的参数主要有哪些？ 什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心？ 什么是悬架的线刚度？单横臂独立悬架的线刚度 如何计算？ 什么是悬架的侧倾角刚度？如何计算？ 侧倾力矩由哪三部分组成？ 武汉理工大学 余晨光 前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品 质好坏的参数主要有哪些？ 答： （ 1）横摆角速度 r波动的固有（圆）频率 0 0值应高些为好，这样可以减少谐振的倾向。通常 f0=0/2， f0值在 1HZ左右。 （ 2）阻尼比 随着阻尼比 的增大，横摆角速度 r的衰减很快， 汽车的操纵稳定性也变好。 2120 1 Z kkL Ku u m I 22 1 2 1 2 2 1221 Z Z m a k b k I k k L m I k k K u 武汉理工大学 余晨光 前轮角阶跃输入下的瞬态响应中用来表征响应品质 好坏的参数主要有哪些？ 答： （ 3）反应时间 ：汽车横摆角速度 r需要经过时 间 后才能第一次达到稳态值 r0，即反应时间 。 反应时间短，驾驶员感到转向响应迅速、及时，否则 就会觉得转向迟钝。一般希望反应时间短些为好。 （ 4）峰值反应时间 ：从时间坐标原点开始，到所测 横摆角速度响应达到第一个峰值止的时间称为峰值反 应时间 。反应时间与峰值反应时间只是一个相互比 较的参考性数据。 武汉理工大学 余晨光 什么是车厢侧倾轴线、侧倾中心？ 答：车厢相对于地面转动时的瞬时轴线称为 车厢侧 倾轴线 。 侧倾轴线通过车厢在前、后轴处横断面上的瞬时 转动中心；这两个瞬时转动中心称为 侧倾中心 。 武汉理工大学 余晨光 什么是悬架的线刚度？单横臂独立悬架的线刚度 如何计算？ 答： 悬架的线刚度是指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。 单横臂独立悬架的线刚度 KL计算式如下： s 2 22ll mK n kK 武汉理工大学 余晨光 什么是悬架的侧倾角刚度？如何计算？ 答： 悬架的侧倾角刚度是指车厢侧倾时（车轮保持在 地面上），单位车厢转角下，悬架系统给车厢的总 弹性恢复力偶矩，即 r r 2 2 s d d 11 22 l T K Bm K B k n 武汉理工大学 余晨光 侧倾力矩由哪三部分组成？ 答： （ 1）悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩 M1 （ 2）侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩 M2 （ 3）独立悬架中非悬挂质量的离心力引起的侧倾力 矩 M3 2 1 s 2 s 1 s s sy h b h auM F h m h RL 2 s rM G h 3 u 0yM F h r 武汉理工大学 余晨光 横向稳定杆起什么作用？为何通常在轿车的前悬架 加装横向稳定杆？ 什么是侧倾外倾？某轿车的悬架系统采用双横臂独 立悬架和单横臂独立悬架，请问该车的前、后悬架 悬架应采用哪种悬架？分析说明其道理。 什么是侧倾转向？为何有些轿车后轮也设计有前束 角？ 什么是变形转向？为何回正力矩作用的总效果一般 是趋向不足转向？ 武汉理工大学 余晨光 横向稳定杆起什么作用？为何通常在轿车的前悬架 加装横向稳定杆？ 答：汽车悬架加装横向稳定杆后，增大了悬架侧倾角刚度， 从而增大了整车侧倾角刚度，减小了车厢侧倾角，一般改 善了汽车的操纵稳定性和行驶平顺性。 1）轿车前悬架加装横向稳定杆后，前悬架侧倾角刚度 Kr1增大，整车侧倾角刚度增大，车厢侧倾角 r减小； 2）由 FZ1和 FZ2公式可知， FZ1增大， FZ2减小。 3）在侧向力作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动 量较大，汽车趋于增加不足转向量。 因此轿车的前悬架加装横向稳定杆后趋于增加不足转向量。 s2 s 2 r 2 r u2 u2 2( ) /Z y yaF F h K F h BL s1 s 1 r 1 r u 1 u 1 1( ) /Z y ybF F h K F h BL 武汉理工大学 余晨光 什么是侧倾外倾？某轿车的悬架系统采用双横臂独 立悬架和单横臂独立悬架，请问该车的前、后悬架 悬架应采用哪种悬架？分析说明其道理。 答：侧倾时车轮外倾角的变化称为侧倾外倾。侧倾外倾引起 轮胎侧偏角的变化，从而影响汽车稳态转向特性。 宜采用前“双” 后“单”。 汽车侧倾时，车轮外倾角沿地面侧向反作用力作用方向倾 斜时（即车轮外倾角倾斜方向与车身侧倾方向相反，如单 横臂独立悬架在小侧向加速度时），侧偏角绝对值减小； 该类型悬架用在后悬，趋于增加不足转向量，反之用在前 悬则趋于减小不足转向量。双横臂独立悬架情况与上述情 况正好相反，宜用在前轮，以趋于增加不足转向量。 武汉理工大学 余晨光 什么是侧倾转向？为何有些轿车后轮也设计有前束 角？ 答：在侧向力作用下车厢发生侧倾，由车厢侧倾所引起的前 转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即 车轮转向角的变动，称为侧倾转向。 1）汽车行驶时，驱动力通过纵臂作用在后轴上，如果后 轮没有前束角，在驱动力作用下，后轴将产生一定弯曲， 使车轮出现前张现象。预先设置的前束角可以抵消这种前 张。 2）通过调整轿车后轮前束角，可以达到趋于增加不足转 向量的效果，提高汽车的操纵稳定性。一般应使车厢侧倾 时外侧后轮的前束增大，内侧后轮的前束减小。 武汉理工大学 余晨光 什么是变形转向？为何回正力矩作用的总效果一般 是趋向不足转向？ 答：悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形， 会引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转 向。 由轮胎力学特性可知，各轮胎上都作用有回正力矩。在回 正力矩作用下，悬架和车轮有扭转变形。前、后轴车轮均 发生回正力矩变形转向角。回正力矩使前轴趋于增加不足 转向，后轴趋于减少不足转向。由于前轴杆件和连接铰链 比较多，汽车回正力矩的总效果一般趋向不足转向。 武汉理工大学 余晨光 什么是汽车的纵向稳定性？汽车纵向稳定性条件是 什么？ 什么是汽车的横向稳定性？汽车横向稳定性条件是 什么？ 什么是侧向稳定性系数？比较各种类型车辆的侧向 稳定性系数，哪种车辆侧翻可能性较大？ 什么是 ESP ? 分析 ESP的工作原理。 武汉理工大学 余晨光 什么是汽车的纵向稳定性？汽车纵向稳定性条件是 什么？ 答：汽车在纵向坡道上行驶时不发生纵向翻倾和驱动 轮打滑的能力。 通过对汽车在纵向坡道上行驶时受力的分析，汽车 纵向稳定性条件是： g L b h 0 前 轮 驱 动 后 轮 驱 动 、 四 轮 驱 动 武汉理工大学 余晨光 什么是汽车的横向稳定性？汽车横向稳定性条件是 什么？ 答：汽车行驶时不发生侧翻或横向滑移的能力。 通过对汽车在横向坡道上转向行驶时受力的分析， 汽车横向稳定性条件是： 2 g B h 武汉理工大学 余晨光 什么是侧向稳定性系数？比较各种类型车辆的侧向 稳定性系数，哪种车辆侧翻可能性较大？ 答： B/2hg称为侧向稳定性系数（即坡道角为零时的 侧翻阈值），在附着系数大于侧向稳定性系数的道 路上，有发生侧翻的危险。 比较各种类型车辆的侧向稳定性系数，重型货车的 侧向稳定性系数较小，发生侧翻的可能性较大。 武汉理工大学 余晨光 什么是 ESP ? 分析 ESP的工作原理。 答： ESP（ Electronic Stability Program），即电 子稳定性程序。该系统是以 ABS为基础发展而成的， 系统主要在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下 工作。它利用左、右两侧制动力之差产生的横摆力 偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象，如在弯道行 驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出（ Drift Out）现象及后轴侧滑甩尾而失去稳定性的激转 （ Spin）现象等危险工况。 武汉理工大学 余晨光 什么是 ESP ? 分析 ESP的工作原理。 答： ESP根据驾驶员开车时的转向盘角度、油门踏板 位置与制动系油压，判断驾驶员的行车意图；又根 据汽车横摆角速度、侧向加速度，判断汽车的真实 行驶状况； ESP调节发动机功率、由左右侧制动力 差构成的横摆力矩及总制动力，以操纵汽车，使汽 车行驶状况尽可能地接近驾驶员的行车意图。 当后轴要侧滑发生激转时，对汽车施加外侧的横摆 力偶矩；当前轴要侧滑而使汽车驶离弯道时，对汽 车施加适当大小向内侧的横摆力偶矩；有时还对汽 车施加纵向减速力。 武汉理工大学 余晨光 机械振动对人体的影响，主要取决于哪些方面？ ISO2631给出了人体对振动反应的哪些感觉界限？ 人最敏感的频率范围是多少？ 路面功率谱密度的拟合表达式？ 路面不平度有几种等级？高等级公路通常是哪些等 级？ 武汉理工大学 余晨光 机械振动对人体的影响，主要取决于哪些方面？ 答：机械振动对人体的影响，既取决于 振动的频率、 强度、振动作用方向和持续（暴露）时间 ，也取决 于人的心理、生理状态，不同心理和身体素质的人， 对振动敏感程度有很大差异。 武汉理工大学 余晨光 ISO2631给出了人体对振动反应的哪些感觉界限 ？人 最敏感的频率范围是多少？ 答： 人体承受全身振动的评价指南 用加速度的均方 根值给出了在 1 80Hz振动频率范围内人体对振动反 应的 3个不同的感觉界限。 1. 暴露极限：当人体承受的振动强度在这个极限之内 ，将保持健康或安全。 2. 疲劳 -工效降低界限：与保持工作效能有关。当驾驶 员承受的振动在此界限内时，能准确灵敏地反应，正 常地进行驾驶。 3. 舒适降低界限：此界限与保持舒适有关，在这个界 限之内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，能 顺利完成吃、读、写等动作。 武汉理工大学 余晨光 ISO2631给出了人体对振动反应的哪些感觉界限？ 人 最敏感的频率范围是多少？ 答： 人最敏感的频率范围，对于垂直振动是 4 12.5Hz， 在 4 8Hz频率范围，人的内脏器官产生共振； 8 12.5Hz频率范围，对人的脊椎系统影响很大。对于水平 振动是 0.5 2Hz。大约在 3Hz以下，人体对水平振动比 对垂直振动更敏感。 武汉理工大学 余晨光 路面功率谱密度的拟合表达式？ 答： 式中： n 空间频率， m-1，是波长的倒数，表 示每米长度包括几个波长； n0 参考空间频率， n0=0.1m-1； Gq(n0) 参考空间频率 n0下的路面功率谱密度值 ， m3，也称路面不平度系数； w 频率指数，为双对数坐标上斜线的斜率，它 决定路面功率谱密度的频率结构。 0 0 W qq nG n G n n 武汉理工大学 余晨光 路面不平度有几种等级？高等级公路通常是哪些等 级？ 答：按路面功率谱密度把路面的不平度分为 8级： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H。 我国高等级公路路面谱基本在 A、 B、 C三级范围之 内，只是 B、 C级路面的比例较大。 武汉理工大学 余晨光 路面速度功率谱有何特点？ 如何将空间频率功率谱化为时间频率功率谱？ 如何将汽车振动系统简化？ 何为单质量系统阻尼比？它对衰减振动有何影响？ 什么是单质量系统的频率响应函数和幅频特性？它 们的表达式？ 武汉理工大学 余晨光 路面速度功率谱有何特点？ 答：路面速度功率谱： 路面速度功率谱密度幅值在整个频率范围为一常数， 即为“白噪声”，幅值大小只与不平度系数 Gq(n0) 有关，用它来计算分析会带来一定的方便。 200( ) ( 2 ) ( )qqG n n G n 武汉理工大学 余晨光 如何将空间频率功率谱化为时间频率功率谱？ 答：当汽车以一定的车速 u m/s驶过空间频率 n m-1的路面不平度时，输入的时间频率 fs-1是 u与 n 的乘积，即 根据功率谱密度的定义，功率谱密度是单位频带内 的“功率”（均方值），利用上式可得到 Gq(f)和 Gq(n)的换算式 f un 1qqG f G nu 武汉理工大学 余晨光 如何将汽车振动系统简化？ 答 ：（ 1）如右图所示：将 汽车车身质 量看作为刚体的立体模型。汽车的车 身质量 (悬挂质量 )为 m2。该质量通过 减振器和悬架弹簧与车轴、车轮相连 接。车轮、车轴构成的车轮 (非悬挂 质量 )质量为 m1。车轮再经过具有一 定弹性和阻尼的轮胎支承在不平的路 面上。该立体模型，车身质量主要考 虑 垂直、俯仰、侧倾 3个自由度 ， 4个 车轮质量有 4个 垂直自由度，共 7个自 由度 。 武汉理工大学 余晨光 如何将汽车振动系统简化？ 答 ：（ 2）如右图所示： 当汽 车对称于其纵轴线，且左、 右车辙的不平度函数 x(I)= y(I) ，此时汽车车身只有 垂 直振动 z和俯仰振动 (ly) ， 这两个自由度的振动对平顺 性影响最大。另外平面模型 2个车轮质量有 2个垂直自 由度， 共 4个自由度 。 武汉理工大学 余晨光 如何将汽车振动系统简化？ 答 ：（ 3） 在这个模型中，因 轮胎阻尼较小予以忽略，同 时把质量为 m2，转动惯量 为 Iy的车身按动力学等效的 条件分解为前轴上、后轴上 及质心上的三个集中质量 m2f、 m2r、 m2c 。这三个 质量由无质量的刚性杆连接， 它们的大小由下述三个条件 决定： 武汉理工大学 余晨光 如何将汽车振动系统简化？ 答 ： 1)总质量保持不变 2）质心位置不变 3）转动惯量 的值保持不变 得出三个集中质量的值为 2222 mmmm crf 022 bmam rf 222222 bmammI rfyy 2 22 2 22 2 22 1 y f y r y c mm aL mm bL mm ab 武汉理工大学 余晨光 如何将汽车振动系统简化？ 答 ：令 ， 并称为悬挂质 量分配系数。 当 =1时，联系质量 m2c =0。而大部分汽车 =0.8 1.2，即接近 1。此 时前、后轴上方车身部分的 集中质量 m2f、 m2r的垂直 方向运动是 相互独立 的。这 样在 =1的情况下，可以分 别讨论右图上 m2f和前轮轴 以及 m2r和后轮轴所构成的 两个双质量系统的振动。 aby 2 武汉理工大学 余晨光 如何将汽车振动系统简化？ 答 ：（ 4） 在远离车轮部分固 有频率 ft (10 15Hz)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。 武汉理工大学 余晨光 何为单质量系统阻尼比？ 它对衰减振动有何影响？ 答：车身振动的单质量系统模型，由车身质量 m2和 弹簧刚度 K、减振器阻尼系数为 C的悬架组成。 q是 输入的路面不平度函数。单质量系统模型的微分方 程为 。 令 ， ， 称为阻尼比 。 0)()(2 qzKqzCzm 2 2 mCn 2 2 0 m K Km Cn 20 2 武汉理工大学 余晨光 何为单质量系统阻尼比？ 它对衰减振动有何影响？ 答：阻尼比 对衰减振动有两方面影响。 （ 1）影响有阻尼固有频率 r 汽车悬架系统阻尼比 的数值通常在 0.25左右，属 于小 阻尼， r比 0只下降了 3%左右，在工程上可 以近似认为 r0 。 20220 1 nr 武汉理工大学 余晨光 何为单质量系统阻尼比？ 它对衰减振动有何影响？ 答：（ 2）影响振幅的衰减程度 振动衰减曲线上两个相邻的振幅 A1与 A2之比称为减 幅系数，用 d表示。 即： 因此 增大，减幅系数 d增大，振动衰减较快。 可由实测的衰减振动曲线得到减幅系数 d，并求出 阻尼比 。 2 1 11 1 1 2 )( 2 1 eeAe AeAAd nTTtn nt 21 2ln d 武汉理工大学 余晨光 什么是单质量系统的频率响应函数和幅频特性？它们 的表达式？ 答：由 z(t)与 q(t) 的傅里叶变换 z()与 q()的比值，可 以确定系统的频率响应函数 频率响应函数的模即为幅频特性 222 j 1 2 j() 1 2 jjzq z K CHj q m K C 1 22 2 2 2 12zj q 12zq H 武汉理工大学 余晨光 单质量系统的幅频特性 分析。 单质量系统车身加速度的功率谱密度的表达式及分 析。 单质量系统悬架弹簧动挠度的功率谱密度的表达式 及分析。 悬架系统固有频率 f0与阻尼比 的选择原则。 z/ q 武汉理工大学 余晨光 单质量系统的幅频特性 分析。 答：单质量系统的幅频特性为： 作出单质量振动系统的幅频特性图，分析如下： 1）低频段： 0.75， 在这一频段， zq ，不呈现 明显的动态特性，阻尼比对 这一频段的影响不大； z/ q 1 22 2 2 2 12zj q 12zqH 武汉理工大学 余晨光 单质量系统的幅频特性 分析。 答： 2）共振段： ， 在这一频段， 出现峰值， ， ， 峰值下降。 3）高频段 ， ， 对输入位移起衰减作用，阻尼 比减小对减振有利。 z/ q 275.0 z/q qZ z/ q 12 z/q 武汉理工大学 余晨光 单质量系统车身加速度的功率谱密度的表达式及分 析。 答：单质量系统车身加速度的功率谱密度： 由于路面速度谱 为“白噪声”，因此可以用 响应量对速度输入的幅频特性来定性分析响应的功 率谱。 可计算得到共振时 即在共振点，车身加速度的功率谱 与固有频率 0成 正比 。 222z z z z q q qqqqG H j G H j G H j G qG 0 0 2 z11 4 q 武汉理工大学 余晨光 单质量系统车身加速度的功率谱密度的表达式及分 析。 答：共振时 共振时，阻尼比 增大而 减小 ，高频段 增大 而 也增大，故 对共振与高频段的效果相反，综 合考虑 取 0.20.4较为合适。 0 0 2 z1 1 4 q z/q z/q 武汉理工大学 余晨光 单质量系统悬架弹簧动挠度的的功率谱密度的表达 式及分析。 答：单质量系统悬架弹簧动挠度的功率谱密度： ， 。 可计算得到共振时 即在共振点，悬架弹簧动挠度的功率谱与固有频率 0以及阻尼比 成 反比 。 222d dddf q q qf q f q f qG H j G H j G H j G 0d 0 1fq 2/ df z q z 1q q q 1 24 d 2 22 f q 12 武汉理工大学 余晨光 悬架系统固有频率 f0与阻尼比 的选择原则。 答： 1） 降低固有频率 f0可以明显减小车身加速度， 是 改善平顺性的基本措施 之一。但随着 f0的降低， 动挠度 fd增大， 就必须与固有频率 f0成反比相应 增大，而限位行程 受结构布置限制不能太大， 所以降低 f0是 有限度 的。 df df 武汉理工大学 余晨光 悬架系统固有频率 f0与阻尼比 的选择原则。 答： 2） 轿车 舒适性要求高，行驶的路面通常较好， 悬架的动挠度 fd引起的撞击限位概率很小，故车身 部分固有频率 f0选择得比较低 ，以减小车身加速度。 而货车和越野车行驶的路面较差，为减少撞击限位 的概率，车身部分固有频率 f0较高。 3）在固有频率 f0比较低，行驶路面又比较差的情况 （例如某些 越野车 ）下，动挠度 fd会相当大。为减 少撞击限位的概率，此时 阻尼比 取得偏大 些。 武汉理工大学 余晨光 双质量系统主振型分析。 车轮部分单质量系统分析。 分析系统参数对振动响应均方根值的影响。 习题课 武汉理工大学 余晨光 双质量系统主振型分析。 答：车身与车轮两个自由度系统的主振型如图所示。 武汉理工大学 余晨光 双质量系统主振型分析。 答：在强迫振动情况下，激振频率 接近 1时产生 低频共振，按一阶主振型振动，车身质量 m2的振幅 比车轮质量 m1的振幅大将近 10倍，称为车身型振 动。当激振频率 接近 2时，产生高频共振，按二 阶主振型振动，此时车轮质量 m1的振幅比车身质量 m2的振幅大将近 100倍，称为车轮型振动。此时， 由于车身基本不动，所以可将两个自由度系统简化 为车轮部分的单质量系统，来分析车轮部分在高频 共振区的振动。 武汉理工大学 余晨光 车轮部分单质量系统分析。 答：降低轮胎刚度 Kt能使 t下降和 t加大，这是减小 车轮部分高频共振时加速度的有效方法；降低非悬 挂质量 m1使 t和 t都加大，车轮部分高频共振时的 加速度基本不变，但车轮部分动载下降，对降低相 对动载 Fd/G有利。 武汉理工大学 余晨光 分析系统参数对振动响应均方根值的影响。 答： 1） 2） 0 /d d z f F G f m in m in 0.15 0.2 0.4d d z F G f 武汉理工大学 余晨光 分析系统参数对振动响应均方根值的影响。 答： 3） 4） 2 1 /d d z m FG m f 略 变 化 较 大 略 /t d d z K FG K f 略 明 显 变 化 很 小 武汉理工大学 余晨光 汽车通过性几何参数有哪些？与间隙失效的关系如 何？ 4 2汽车越台、跨沟能力由什么车轮确定？如何确 定？ 4 4汽车越台、跨沟能力与 4 2汽车的比较。 习题课 武汉理工大学 余晨光 汽车通过性几何参数有哪些？与间隙失效的关系如 何？ 答：汽车通过性几何参数主要有： 1）最小离地间隙 h，最小离地间隙 h越大，越不容易发 生顶起失效 2）纵向通过角 ，纵向通过角 越大，越不容易发生顶 起失效 3）接近角 1 ，接近角 1越大，越不容易发生触头失效 4）离去角 2 ，离去角 2越大，越不容易发生拖尾失效 5）最小转弯直径 dmin ，最小转弯直径 dmin越小，转向 灵活性越好 6）转弯通道圆 武汉理工大学 余晨光 4 2汽车越台、跨沟能力由什么车轮确定？如何确 定？ 答： 4 2汽车越台、跨沟能力由驱动车轮确定。 2 111 2 1 wh D 2 2 D h D h D l wwd 武汉理工大学 余晨光 4 4汽车越台、跨沟能力与 4 2汽车的比较。 答： 4 2汽车的越障能力要比 4 4汽车差很多。 4 4汽车的越障能力与 a/L的比值有关。后轮驱动 的 4 2汽车的越障能力比 4 4汽车约降低一半。