《汽车振动与噪声控制第3版课件第5章(2021).pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车振动与噪声控制第3版课件第5章(2021).pptx（135页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、汽车振动与噪声控制（第3版）陈南陈南 主编主编张建润张建润 孙蓓蓓孙蓓蓓 李普李普 副主编副主编孙庆鸿孙庆鸿 主审主审普通高等教育车辆工程专业“新工科”建设系列教材Contents第一章 振动理论基础第二章 声学理论基础第三章 汽车发动机的振动分析与控制第四章 汽车动力传动及转向系统振动第五章 汽车平顺性第六章 汽车发动机及动力总成噪声第七章 汽车底盘系统噪声第八章 汽车车身及整车噪声第五章 汽车平顺性n第一节 平顺性定义n第二节 人体反应与平顺性评价n第三节 道路路面不平度的统计描述n第四节 平顺性分析n第五节 影响汽车平顺性的结构因素第一节 平顺性定义汽车行驶时，由于路面不平度以及车轮、发
2、动机和传动系等旋转部件激励等因素激起汽车的振动和噪声。从而影响驾乘人员的乘坐舒适性、工作效率和身体健康；振动也影响所运货物的完好性；振动还在汽车上产生动载荷，加速零件磨损，导致疲劳失效。汽车平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以它有时又称为乘坐舒适性。它是考核汽车性能的主要指标之一。虽然引起不舒适的因素有多种，且平顺性的概念有广义化的趋势，即不仅包括振动，也包括噪声和其它导致乘员不舒适的因素。但通常讨论的平顺性主要指路面不平引起的汽车振动，频率范围约为0.525Hz。研究平顺性的主要目的是控制振动的传递，使汽车振动系统在给定“输入”下的“输出”不超过定界限，以保持乘员的舒适性。第一节 平顺
3、性定义图5-1-1 汽车平顺性分析框图 汽车振动系统 轮胎、悬架、车身总成 座椅及人体系统 质量、弹性、阻尼元件输出 悬挂质量或传至人体的加速度 悬架弹簧动挠度 车轮与路面之间的动载评价指标 加权加速度均方根值 撞击悬架限位概率 行驶安全性输入 路面不平度 车速第一节 平顺性定义系统“输入”主要是由汽车以一定车速驶过不平路面而引起，路面不平度一般沿路面长度和宽度方向都是对应距离尺度为参数的随机过程。故“输入”对车辆系统来讲是基础位移（速度、加速度）的随机激励。此激励经过由轮胎、悬架、座椅等弹性、阻尼元件和悬挂质量、非悬挂质量构成的振动系统，传递到人体。第一节 平顺性定义平顺性是根据人体对振动的
4、反应乘坐者的舒适程度来评价汽车的性能。因此，作为“输出”的物理量是车身振动位移、速度或加速度，常用的是加速度。再进一步考虑经座椅传至人体的加速度。它们都是响应随机过程。第一节 平顺性定义汽车振动系统的“输出”通常还要考虑车轮与路面间的动载荷。汽车轮胎由不平路面引起的振动还会产生力的变化，轮胎与路面之间在行驶过程中动态作用力不能小于零，也就是轮胎不能脱离地面。如果轮胎脱离地面，瞬间会引起冲击，时间稍长则会给汽车的操纵带来困难，使汽车失去控制，引起行驶安全性问题。第一节 平顺性定义另外，悬架弹簧的动挠度不能太大，否则会增加撞击悬架限位的概率，引起乘员的不舒适。汽车系统本身一般假设为确定性的，而激励
5、是随机性的，因此，汽车平顺性分析本质上属于随机振动响应分析。第一节 平顺性定义第一节 平顺性定义第一节 结束 第五章 汽车平顺性n第一节 平顺性定义n第二节 人体反应与平顺性评价n第三节 道路路面不平度的统计描述n第四节 平顺性分析n第五节 影响汽车平顺性的结构因素机械振动对人体的影响，既取决于振动频率与强度、振动作用方向和暴露时间，也取决于人的心理、生理状态，而且心理品质和身体素质不同的人，对振动敏感程度有很大差异。因此，人体对振动作用的反应是一个十分复杂的过程。第二节 人体反应与平顺性评价为了评价振动对人体的影响，在振动心理学试验中，一般是将人对振动的感受分为数个不同的感觉等级，如：“无感
6、觉”、“稍有感觉”、“感觉”、“强烈感觉”、“非常强烈感觉”等。1.人 体 对 振 动 的 反 应第二节 人体反应与平顺性评价取某一频率的正弦振动作为基准。其振动加速度有效值和振动持续时间是一定的，并规定在此条件下的人体承受振动的感觉。然后，在相同持续时间下，改变振动频率和振动加速度有效值，与基准振动比较，当感觉相同时，记录振动频率与振动有效值。如果把产生同样感觉的各点连接起来，即可绘制出人体对振动反应的等感度曲线。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应20世纪70年代，国际标准化组织(ISO)在综合大量有关人体 全 身 振 动 的 研 究 成 果 的 基 础 上，制
7、定 了 国 际 标 准ISO2631人体承受全身振动的评价指南，后来对它进行过修订、补充。从 1985年 开 始 进 行 全 面 修 订，于 1997年 公 布 了ISO26311：1997(E)人体承受全身振动评价第一部分：一般要求，许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应我 国 对 相 应 标 准 进 行 了 修 订，公 布 了 GB T49701996汽车平顺性随机输入行驶试验方法 ISO2631标准用加速度均方根值(rms)给出了在180Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对
8、 振 动 的 反 应（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。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。（2）疲劳工效降低界限。这个界限与保持工作效能有关。当驾驶员承受的振动强度在此界限之内时，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。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应图5-2-1 疲劳工效降低界限(ISO2631)第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应图5-2-1是ISO2631给出的用双对数坐标绘制
9、的“疲劳工效降低界限”。另外两个不同反应界限的振动允许值随频率变化趋势与图5-2-1曲线形状完全相同，只是振动的允许值不同。“暴露极限”的值为“疲劳工效降低界限”的2倍，“舒适降低界限”为“疲劳工效降低界限”的13.15倍。从振动心理学角度来看，这三个反应界限相当于人体对振动的感觉的三个等级，三个界限曲线实际上就是三种等感度曲线。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应图5-2-1的纵坐标用振动加速度均方根值代表振动强度，横坐标为振动频率，用13倍频带中心频率表示。实线曲线和虚线曲线分别表示垂直方向和水平方向振动时的“疲劳工效降低界限”。曲线上的任一点代表了“疲劳工效降低
10、”的一个时间限值，如4h曲线上的一点，表示对应于该振动频率时的振动加速度均方根值若等于或稍小于该限值时，将容许人体暴露在此振动下4小时而不会出现疲劳和工效降低。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应由图5-2-1可以看出，“疲劳工效降低界限”的振动加速度允许值的大小与振动频率、振动作用方向和暴露时间这三个因素有关，下面分别加以讨论。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应（1）振动频率从图5-2-1可以看出人体承受全身振动时，有一个最敏感的频率范围。对于垂直振动，乘员敏感的频率范围为48Hz，而对于水平振动，乘员敏感的频率范围为12Hz。第二节 人
11、体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应（2）振动作用方向从图5-2-1可以看出，垂直振动与水平振动的“疲劳工效降低界限”是不一样的。在同一暴露时间下，频率在3.15Hz以下时容易感受到水平振动；高于此频率时，对垂直振动更敏感。达到8Hz以上的频率范围时，垂直振动允许值只是水平振动允许值的12.8。比较各自最敏感频率范围内同一暴露时间的振动允许值，垂直方向却是水平方向的3.4倍。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应（3）暴露时间人体达到一定反应的界限，如“疲劳”、“不舒适”等，都是由人体感觉到的振动强度大小和暴露时间长短二者综合的结果。它们之间的关系可由图
12、5-2-1看出，在一定频率下，随暴露时间加长，“疲劳工效降低界限”曲线向下平移，即振动加速度允许值减小。第二节 人体反应与平顺性评价1.人 体 对 振 动 的 反 应2.平 顺 性 评 价 指 标图5-2-2 人体坐姿受振模型第二节 人体反应与平顺性评价ISO26311：1997(E)标准规定了图5-2-2所示的人体坐姿受振模型。在进行舒适性评价时，它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。第二节 人体反应与平顺性评价2.平 顺 性 评 价 指 标椅面输入点三个线振动是12个轴向中
13、人体最敏感的，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑这三个轴向，且两个水平轴向比垂直轴向更敏感。我国GB/T4970-1996标准在评价汽车平顺性时只考虑椅面这三个轴向。第二节 人体反应与平顺性评价2.平 顺 性 评 价 指 标对于人体振动的评价是加权加速度均方根值aw，并分别用azw、ayw、axw表示垂直方向、左右方向和前后方向振动的加权加速度均方根值。或用三轴向加权加速度均方根值的矢量和即总加权加速度均方根值awo表示。对于货车车厢振动的评价用加速度均方根值arms和加速度功率谱密度函数。这一方法适用于正常行驶工况下的各种汽车，包括越野汽车。第二节 人体反应与平顺性评价2.平 顺 性 评
14、价 指 标（1）由等带宽频谱分析得到的加速度自功率谱密度函数Ga(f）计算aw（5-2-1）第二节 人体反应与平顺性评价（1 1）单轴向加权加速度均方根值）单轴向加权加速度均方根值a aw w的计算的计算先计算13倍频带加速度均方根值谱 式中：aj中心频率为fj的第j(j=1,2,323)个13倍频带加速度均方根谱值（m/s2）；fuj，flj分别是13倍频带的中心频率为fj的上、下限截止频率（Hz）；Ga(f)为等带宽加速度自功率谱密度函数（m2/s3）。2.平 顺 性 评 价 指 标再按下式计算aw（5-2-2）式中：aw为单轴向加权加速度均方根值（m/s2）；wj为第j个13倍频带的加权
15、系数，根据测点的位置和方向不同分别取wk、wd、wc，见GB/T4970-2009标准附录A表A.3，wk、wd、wc的具体取值见GB/T4970-2009标准附录A表A.4。第二节 人体反应与平顺性评价（1 1）单轴向加权加速度均方根值）单轴向加权加速度均方根值a aw w的计算的计算2.平 顺 性 评 价 指 标（2）对记录的加速度时间历程，通过符合频率加权函数W(f)或GB/T4970-1996标准规定的频率加权滤波网络得到加权加速度时间函数aw(t)，按下式计算（5-2-3）式中：aw(t)为加权加速度时间历程（m/s2）；T为作用时间（s）。第二节 人体反应与平顺性评价（1 1）单轴
16、向加权加速度均方根值）单轴向加权加速度均方根值a aw w的计算的计算2.平 顺 性 评 价 指 标（3）由1/3倍频带均方根值计算aw 若数据处理设备对所记录的加速度时间历程经过处理后，能直接得到1/3倍频带加速度均方根谱值aj，则可直接按式（5-2-2）计算aw。第二节 人体反应与平顺性评价（1 1）单轴向加权加速度均方根值）单轴向加权加速度均方根值a aw w的计算的计算2.平 顺 性 评 价 指 标座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板处各点总加权加速度均方根值avj按下式计算（5-2-4）式中：axw、ayw和azw分别为前后方向（x轴向）、左右方向（y轴向）和垂直方向（z轴向）的加权加
17、速度均方根值，m/s2；kx，ky，kz为各轴轴加权系数，见GB/T4970-2009标准附录A表A5；j=1、2、3分别代表座椅座垫上方、座椅靠背及驾驶室地板三个位置。avj为某点总加权加速度均方根值，m/s2。第二节 人体反应与平顺性评价（2 2）各点总加权加速度均方根值）各点总加权加速度均方根值a av vj j2.平 顺 性 评 价 指 标（5-2-5）第二节 人体反应与平顺性评价（3 3）综合总加权加速度均方根值）综合总加权加速度均方根值a av v按下式换算按下式换算研究振动对人体舒适性感觉的影响时，建议用座椅座垫上方、座椅靠背处和脚支撑面处综合总加权加速度均方根值来评价。表5.2
18、-1给出总加权加速度均方根值av与人的主观感觉之间的关系。2.平 顺 性 评 价 指 标表5.2-1 av与人的主观感觉之间的关系 第二节 人体反应与平顺性评价（3 3）综合总加权加速度均方根值）综合总加权加速度均方根值a av v按下式换算按下式换算2.平 顺 性 评 价 指 标ISO 26311：1997（E）规定，当振动波形峰值系数9时，用均4次方根植的方法来评价，比加权加速度均方根值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（5-2-6）第二节 人体反应与平顺性评价（3 3）综合总加权加速度均方根值）综合总加权加速度均方根值a av
19、 v按下式换算按下式换算2.平 顺 性 评 价 指 标第二节 人体反应与平顺性评价第二节 结束 第五章 汽车平顺性n第一节 平顺性定义n第二节 人体反应与平顺性评价n第三节 道路路面不平度的统计描述n第四节 平顺性分析n第五节 影响汽车平顺性的结构因素第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类在研究汽车平顺性问题时，代表随机输入特征的路面功率谱起重要作用。由随机振动理论知，如果已知输入的路面谱及确定的汽车系统固有特性，就可以求出车身或座椅的响应谱，与已制定的标准相比即可评价其平顺性好坏或分析汽车振动系统参数对各响应物理量的影响，从而进行改进设计。图5-3-1 路面的纵剖面
20、图 第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类路面相对于基准平面的高度q沿道路走向长度I的变化q(I)称为路面纵断面曲线或不平度函数。这个函数的自变量为路面与选定的坐标原点的距离I，而不是时间t。相对于q(I)的功率谱为Gq(n)。第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类1984年由国际标准化组织在ISOTC108SC2N67文件中提出的“路面不平度表示方法草案”和由国内长春汽车研究所起草制定的GB/T70311986车辆振动输入路面不平度表示标准中，均建议路面功率谱密度Gq(n)用下式作为拟合表达式 第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面
21、谱 及 其 分 类式中，n为空间频率(m 1)，它是波长l的倒数，表示每米长度中包括几个波长；n0为参考空间频率，n0=0.1m 1；Gq(n0)为参考空间频率n0下的路面功率谱密度值，称为路面不平度系数，单位为m2/m 1=m3；w为频率指数，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；式（5-3-1）在双对数坐标上为一斜线，对实测路面功率谱密度拟合时，为了减少误差，在不同空间频率范围可以选用不同的拟合系数进行分段拟合，但不应超过4段。第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类（5-3-1）表5.3-1 路面不平度8级分类标准第三节 道路路面不平度的统计描
22、述 1.路 面 谱 及 其 分 类上述标准还提出了按路面功率谱密度把路面的不平程度分为A、B、C、D、E、F、G、H共8级。表5-3-1规定了各级路面不平度系数Gq(n0)的几何平均值，分级路面谱的频率指数w2。表上还同时列出了0.011 m 1n2.83 m 1范围路面不平度相应的均方根值qrms(q)的几何平均值。第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类图5-3-2 路面不平度分级图1.路 面 谱 及 其 分 类第三节 道路路面不平度的统计描述 图5-3-2为路面不平度分级图，可以看出路面功率谱密度随空间频率n的提高或波长l的减小而变小。当w2时，Gq(n)与l2成
23、正比，Gq(n)是不平度幅值的均方值谱密度，故Gq(n)又与不平度幅值的平方成正比，所以不平度幅值q0大致与波长l成正比。第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类上述路面功率谱密度Gq(n)指的是垂直位移功率谱密度，还可以采用不平度函数q(I)对纵向长度I的一阶导数，即速度功率谱密度和二阶导数，即加速度功率谱密度来补充描述路面不平度的统计特性。（5-3-2）（5-3-3）第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类当频率指数w2时，由式（5-3-1）、式（5-3-2）得 可以看出，此时路面速度功率谱密度幅值在整个频率范围为一常数，即为一“白噪声”，幅
24、值大小只与不平度系数Gq(n0)有关。以后将可以看到，用它来计算分析会带来定方便。第三节 道路路面不平度的统计描述 1.路 面 谱 及 其 分 类设汽车速度为v（m/s），则时间频率f是空间频率n与车速v的乘积，即（5-3-4）2.空 间 频 率 功 率 谱 密 度 Gq(n)与 时 间 频 率 功 率 谱 密 度 Gq(f)的 换 算第三节 道路路面不平度的统计描述 又根据自功率谱密度与相关函数为傅立叶变换对的关系，可得空间频率功率谱密度为（5-3-5）上式中是路面上两点间的距离，相当时域中自相关函数R()中的时间间隔，因而（5-3-6）将式（5-3-4）、式（5-3-6）代入式（5-3-5
25、），可得（5-3-7）第三节 道路路面不平度的统计描述 2.空 间 频 率 功 率 谱 密 度 Gq(n)与 时 间 频 率 功 率 谱 密 度 Gq(f)的 换 算上式中R(v)表示自相关函数是速度v和时间间隔t的函数，当速度一定时，v为常数，因而自相关只是的函数，R(v)可以写成R()，整理式（5-3-7），可得（5-3-8）将式（5-3-1）代入式（5-3-8），当w2时，得时间频率功率谱密度Gq(f)的表达式为（5-3-9）第三节 道路路面不平度的统计描述 2.空 间 频 率 功 率 谱 密 度 Gq(n)与 时 间 频 率 功 率 谱 密 度 Gq(f)的 换 算时间频率的速度和加速
26、度功率谱密度和与位移功率谱密度Gq(f)的关系式为（5-3-10）（5-3-11）第三节 道路路面不平度的统计描述3.前 后 车 轮 两 个 输 入 之 间 的 互 谱上面只讨论了一个车轮的自功率谱，如果考虑前、后车轮两个输入时，还要研究两个输入之间的互功率谱问题。如图所示x(I)为前轮遇到的不平度函数，假定前、后轮走同一个车辙，则后轮只是比前轮滞后一段长度l（轴距），因而后轮不平度函数为x(I-l)。第三节 道路路面不平度的统计描述3.前 后 车 轮 两 个 输 入 之 间 的 互 谱x(I)的傅里叶变换为x(n),即则根据傅氏变换的性质可得如果激励前、后轮的道路谱的自谱、互谱分别用G11(
27、n)、G22（n）、G12（n）、G21(n)表示，则第三节 道路路面不平度的统计描述3.前 后 车 轮 两 个 输 入 之 间 的 互 谱式中L为路面长度I方向上的分析距离。第三节 道路路面不平度的统计描述3.前 后 车 轮 两 个 输 入 之 间 的 互 谱写成矩阵形式，即 写成时间频率的功率谱则为（5-3-12）（5-3-13）第三节 道路路面不平度的统计描述4.四 轮 输 入 时 的 功 率 谱 密 度如图所示，考虑四轮输入时，如果x(I)、y(I)分别为左、右前轮遇到的不平度函数，则左、右后轮不平度函数分别为x(I-l)、y(I-l)。x(I)、y(I)的自功率谱、互功率谱分别为Gx
28、x(n)、Gyy(n)、Gxy(n)和Gyx(n)。第三节 道路路面不平度的统计描述四个车轮输入的自功率谱和四个车轮彼此间的互功率谱共16个谱量Gik(n)，（i，k=1,2,3,4）有如下关系（5-3-14)4.四 轮 输 入 时 的 功 率 谱 密 度第三节 道路路面不平度的统计描述两个轮迹之间不平度的统计特性，用它们之间的互功率谱密度函数或相干函数来描述。互谱密度般为复数，用指数形式表示时，左、右轮迹间的互谱可以表示为（5-3-14）|Gxy(n)|为x(I)与y(I)的互振幅功率谱。xy(n)为x(I)与y(I)的互相位功率谱。4.四 轮 输 入 时 的 功 率 谱 密 度第三节 道路
29、路面不平度的统计描述两个轮迹的相干函数为（5-3-16）4.四 轮 输 入 时 的 功 率 谱 密 度第三节 道路路面不平度的统计描述当 两 个 轮 迹 x(I)与 y(I)的 统 计 特 性 相 同，即Gxx(n)=Gyy(n)=Gq(n)，且 相 位 差 fxy(n)=0时，由 式（5-3-16）可得（5-3-17）4.四 轮 输 入 时 的 功 率 谱 密 度第三节 道路路面不平度的统计描述路面对四轮汽车输入的谱矩阵最后可以表示为（5-3-18）4.四 轮 输 入 时 的 功 率 谱 密 度第三节 道路路面不平度的统计描述第三节 结束 第五章 汽车平顺性n第一节 平顺性定义n第二节 人体
30、反应与平顺性评价n第三节 道路路面不平度的统计描述n第四节 平顺性分析n第五节 影响汽车平顺性的结构因素第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型在讨论汽车平顺性时，需要把路面、轮胎、车轴（桥）、悬架、车身、座椅作为一个整体进行研究。因此，这是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问题进行简化，抓住主要矛盾，把复杂车辆抽象简化成比较简单的振动力学模型。第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型由于汽车平顺性主要研究车辆的低频振动，因此，车身及所有被悬架支撑的质量可以简化为一集中质量的刚体。车轴（桥）、车轮、轮胎及装配在上面的制动器、差速器等也可简化为另一集中质量的刚体。
31、悬架系统根据不同的结构形式进行简化。轮胎可以简化为一组并联的弹簧及阻尼器，经过上述简化可以得到整车的物理模型。第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型在汽车的重心上建立直角坐标系，按照沿坐标方向的直线运动和绕坐标的旋转运动可以把车辆在行驶过程中产生的运动分为6种运动，即：1.纵向运动（longitudinal Motion）沿x轴方向即行驶方向的运动2.侧倾运动（Roll）绕x轴的转动3.垂直运动（Bounce or Heave Motion）沿z轴方向的运动4.横摆运动（Yaw）绕z轴的转动5.侧向运动（Lateral Motion）沿y轴方向的运动 6.俯仰运动（Pitch
32、）绕y轴的转动 第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型汽车的悬挂(车身)质量为m2，它由车身、车架及其上的总成所构成。该质量通过悬架系统与车轴、车轮相连接。车轮、车轴构成的非悬挂(车轮)质量为m1。车轮再经过具有定弹性和阻尼的轮胎支承在不平的路面上。在讨论平顺性时，这一立体模型的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。第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型这三个质量由无质量的刚性杆连接，它们的大小由下
33、述三个条件决定：（1）总质量保持不变（2）质心位置不变（3）转动惯量Jy的值保持不变（5-4-1）（5-4-2）（5-4-3）第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型由式（5-4-1）、式（5-4-2）和式（5-4-3）得出三个集中质量分别为（5-4-4）式中，l为轴距。第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型第四节 平顺性分析1.常 用 平 顺 性 分 析 模 型在远离车轮部分固有频率ft(1015Hz)的较低激振频率范围(如5Hz以下)，轮胎变形很小，忽略其弹性与车轮质量，可得到分析车身垂直振动的最简单的单质量系统。第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统
34、平 顺 性 分 析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析（5-4-5）(1)(1)运动微分方程及频率响应特性运动微分方程及频率响应特性第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析方程5.4-5与式（1-2-19）形式类似，这里就是第1章的单自由度系统随机基础位移激励问题，可利用那里的所有结论。对式（5-4-5）通常关心其稳态随机响应，它取决于路面不平度函数随机激励q(x)和系统的频率响应特性函数H(w)。(1)(1)运动微分方程及频率响应特性运动微分方程及频率响应特性第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析系统频率响应特性函数定义为系统
35、的响应z及激励q的傅立叶变换之比，在此记为H(w)z/q。由定义知（5-4-6）式中，Z(w)=F(z(t)，Q(w)=F(q(t)。(1)(1)运动微分方程及频率响应特性运动微分方程及频率响应特性第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析对式（5-4-5）进行博里叶变换可得频响函数为（5-4-7）(1)(1)运动微分方程及频率响应特性运动微分方程及频率响应特性第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析在平顺性分析中主要关心响应幅值与激励频率的关系，式（5-4-7）的模即为幅频特性。（5-4-8）(1)(1)运动微分方程及频率响应特性运动微分方程及频率响应特
36、性第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动微分方程及频率响应特性运动微分方程及频率响应特性(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析对于所讨论的汽车振动系统，路面只经一个车轮对系统输入并假设路面不平度函数为平稳随机过程，由线性系统平稳随机激励下的振动响应表达式1-5-33，响应的功率谱密度Gz(f)与路面输入量的功率谱密度Gq(f)的关系应为（5-4-9）(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析（5
37、-4-10）(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析（5-4-11）(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析由定义可知（5-4-12）(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性
38、分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析车轮与路面间的动载Fd与车轮作用于路面的静载G之比值Fd/G称为相对动载。Fd/G1时，车轮会跳离地面完全失去附着，影响汽车操纵稳定性。(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析对于单质量系统（5-4-13）(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质
39、 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析将式（5-4-7）带入(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析（5-4-14）(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系
40、统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析2.单 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)平顺性分析平顺性分析 图5-4-2为双轴汽车四个自由度的振动模型，当悬挂质量分配系数的数值接近1时，可以简化为图5-4-9所示的两自由度双质量系统平顺性分析模型。第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析 汽车两自由度双质量系统平顺性分析模型优点：能反映车身部分动态特性；能反映车轮部分在1015Hz范围产生高频共振时的动态特性；对平顺性和车轮的接地性有较大影响，更接近汽车悬挂系统的实际情况。第四节 平顺性
41、分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析（5-4-15）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析（5-4-16）（5-4-17）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析相应解：（5-4-20）（5-4-21）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析解：由车轮部分固有频率可得：由系统特征方程解可得：1=0.95,2=10.01第四节 平顺性分
42、析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析进而可确定两个主振型，即z10与z20的振幅比：一阶主振型 二阶主振型 第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析进一步处理可得:其幅频特性为：（5-4-22）（5-4-23）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺
43、性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(1)(1)运动方程及振型分析运动方程及振型分析将有关各复振幅代入无阻尼运动方程，得双质量系统的频率响应函数：（5-4-24）（5-4-25）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)传递特性传递特性由方程组2式可得z1对q的频率响应函数：幅频特性为：（5-4-26）（5-4-27）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)传递特性传递特性车身位移z2对路面位移q的频率响应函数:z2对q的幅频特性为两个环节幅频特性相乘
44、而得:（5-4-28）（5-4-29）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)传递特性传递特性第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(2)(2)传递特性传递特性（5-4-30）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(3)(3)平顺性分析平顺性分析车轮动载：静载：（5-4-31）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(3)(3)平顺性分析平顺性分析（5-4-32）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(3)(3)平顺性分析平顺性分析（5-4-33）第四节 平顺性分析3.双 质
45、量 系 统 平 顺 性 分 析(3)(3)平顺性分析平顺性分析将路面功率谱密度代入式（5-4-33）得：（5-4-34）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(3)(3)平顺性分析平顺性分析（5-4-35）第四节 平顺性分析3.双 质 量 系 统 平 顺 性 分 析(3)(3)平顺性分析平顺性分析第四节 平顺性分析第四节 结束 第五章 汽车平顺性n第一节 平顺性定义n第二节 人体反应与平顺性评价n第三节 道路路面不平度的统计描述n第四节 平顺性分析n第五节 影响汽车平顺性的结构因素第五节 影响汽车平顺性结构因素1.悬 挂 参 数第五节 影响汽车平顺性结构因素1.悬 挂 参
46、 数第五节 影响汽车平顺性结构因素1.悬 挂 参 数第五节 影响汽车平顺性结构因素1.悬 挂 参 数第五节 影响汽车平顺性结构因素2.“人 体-座 椅”系 统 的 参 数 选 择轮胎由于本身的弹性在很大程度上吸收了因路面不平所产生的振动，近年来随着车速提高，希望轮胎的缓冲性能越来越好。提高轮胎缓冲性能的方法有：(1)增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并相应降低轮胎气压。(2)改变轮胎结构型式，如采用于午线轮胎，它因胎体的径向弹性大，可以缓和不平路面的冲击并吸收大部分冲击能量，使平顺性得到改善。(3)提高帘线和橡胶的弹性，采用较柔软的胎冠。车轮旋转质量的不平衡会引起汽车振动，在高速时尤为突出，每一车轮(含装好的轮胎)必须进行静平衡和动平衡测试。第五节 影响汽车平顺性结构因素3.轮 胎非悬挂质量的振动对悬挂质量振动加速度有较显著的影响，减小非悬挂质量，可以减小传给悬挂质量(即车身)的冲击力。因此，提高悬挂质量与非悬挂质量的比值，有利于改善汽车的平顺性。悬挂质量的布置应尽量使悬挂质量分配系数e1。以减少前、后悬挂质量振动的联系。第五节 影响汽车平顺性结构因素4.非 悬 挂 参 数第五节 影响汽车平顺性结构因素第五节 结束 THANK YOU第五章 结束