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1、1 当 ，并忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为平面模型。车身质量有垂直、俯仰、侧倾3个自由度，4个车轮质量有4个垂直自由度，整车共7个自由度。一、汽车振动系统的简化第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第1页/共43页2 1）总质量保持不变 2）质心位置不变 3）转动惯量保持不变第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动简化前后应满足以下三个条件解得令 悬挂质量分配系数。第2页/共43页3 对于大部分汽车，=0.81.2，即接近1。当=1时第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第3页/共43页4 在 =1 的情况下，前、后轴上方车身部分的集中质量m2f、m2r在垂直方向的运动是
2、相互独立的。双轴汽车模型可以简化为车身、车轮两个自由度振动系统模型。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第4页/共43页5 车轮部分的固有频率为1016Hz，如果激振频率远离车轮固有频率（即5Hz以下），轮胎的动变形很小，可忽略车轮质量和轮胎的弹性，从而得到车身单质量系统模型。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第5页/共43页6二、单质量系统的自由振动0振动系统固有圆频率；阻尼比。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第6页/共43页7齐次微分方程的解为第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 有阻尼自由振动时，质量m2以有阻尼固有频率振动，振幅按衰减。第7页/共4
3、3页8 增大，r下降。当=1时，运动失去振荡特征。汽车悬架系统阻尼比大约为0.25，r比0只下降了3%左右，。1）与有阻尼固有频率r有关第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动阻尼比对衰减振动的影响第8页/共43页92）决定振幅的衰减程度阻尼比对衰减振动的影响两个相邻的振幅A1与A2之比称为减振系数d由实测的衰减振动曲线得到d，即可确定系统的阻尼比。阻尼比越大，振幅衰减得越快第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第9页/共43页10三、单质量系统频率响应特性分析幅值比、相位差随激振频率而变化的规律。对于一个常系数的线性系统（即系统的m、K、为常数），当输入量 是一个简谐函数时，输出量
4、 也是与输入量同频率的简谐函数，但两者的幅值不同，相位也不同。输出、输入的幅值比是频率 f 的函数，称为幅频特性。相位差也是 f 的函数，称为相频特性。两者统称为频率响应特性。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第10页/共43页11复振幅z0、q0为输出、输入谐量的幅值；1.频率响应函数的确定 由输出、输入谐量复振幅 z 与 q 的比值或 与 的傅里叶变换Z()与Q()的比值，可以确定频率响应函数 。输出、输入谐量的幅值比，称为幅频特性。输出、输入谐量的相位差，称为相频特性。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第11页/共43页12令则第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的
5、振动代入第12页/共43页132.幅频特性第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第13页/共43页14四、单质量系统对路面随机输入的响应1.用随机振动理论分析汽车平顺性的概述1）平顺性分析的振动响应量车轮与路面间的动载 车身加速度悬架弹簧的动挠度第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第14页/共43页153.幅频特性曲线0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg 用双对数坐标做出幅频特性曲线。0.11|z/q|10 渐近线为水平线，斜率为0:1。渐近线的“频率指数”为0。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第15页/共43页160.1110频率比=/010l
6、g|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10 渐近线斜率为-2:1。“频率指数”为-2。-2:13.幅频特性曲线第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第16页/共43页170.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10渐近线斜率为-1:1。“频率指数”为-1。-2:1-1:13.幅频特性曲线第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第17页/共43页180.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1 确定低频段和高频段渐近线的交点。交点要满足3.幅频特性曲线第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的
7、振动第18页/共43页190.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1 与无关，即无论阻尼比取何值，幅频特性曲线都要经过 点3.幅频特性曲线第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第19页/共43页200.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1共振时，单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性3.幅频特性曲线第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第20页/共43页214.幅频特性曲线的讨论1）低频段|z/q|略大于1，阻尼比对这一频段的影响不大。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统
8、的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性第21页/共43页224.幅频特性曲线的讨论2）共振段|z/q|出现峰值，将输入位移放大，加大阻尼比，可使共振峰值明显下降。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性第22页/共43页234.幅频特性曲线的讨论3）高频段 悬架对输入位移起衰减作用，阻尼比减小对减振有利。与无关第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.
9、1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性第23页/共43页242）振动响应量的功率谱密度与均方根值第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动振动响应量 x 的功率谱密度；路面位移 q 的功率谱密度；系统响应量 x 对输入 q 的幅频特性。第24页/共43页25第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 振动响应量的方差，等于均方根值。由路面不平度系数和车速确定路面位移输入的功率谱密度 由悬架系统参数求出频率响应函数H（f）xq第25页/共43页263）概率分布与标准差的关系 振动响应量 x 的分布为正
10、态分布，且均值为零时，幅值的绝对值超过 的概率为P，与 P 的关系如下表。122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差x的倍以外的概率P第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第26页/共43页27122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差x的倍以外的概率P 要求车身加速度 超过1g的概率P=1%，求车身加速度的标准差 。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动例1即 =0.39g 时，可以使 超过
11、1g的概率P=1%。第27页/共43页28122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差x的倍以外的概率P 某汽车悬架弹簧动挠度 的标准差 =3cm，要求动挠度超过限位行程 即撞击限位的概率P=0.3，假设车轮上下跳动的限位行程均为 ，求 。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动=3cm，=9cm 可使撞击限位的概率为0.3%。例2第28页/共43页29122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99.7%99.9%正态分布情况下，超过标准差x的倍以
12、外的概率P车轮跳离地面的条件是相应界限值 当车轮与路面间的动载Fd与车轮作用于路面的静载G大小相等且方向相反时，车轮作用于路面的垂直载荷等于零。取 ，相对动载 /G 的均方根值 ，求车轮跳离地面的概率。因为 向上的概率占一半，车轮跳离地面的概率是0.15%。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动例3第29页/共43页302.车身加速度的功率谱密度 的计算分析路面输入除采用 外，还可以采用 和 。相应地，幅频特性要采用 和 。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第30页/共43页31输入、输出均方根谱之间的关系路面输入的均方根谱用双对数坐标做出路面输入均方根谱与的关系曲线。第三节
13、汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第31页/共43页32斜率为0:1斜率为1:1斜率为1:1第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第32页/共43页33三个幅频 特性为第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第33页/共43页34第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1第34页/共43页35 由于 为一“白噪声”，与 的图形完全相同，只是在双对数坐标上移动 。可以用响应量对速度输入的幅频特性定性分析响应的均方根谱。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第35页/共43页3621
14、101000.1110激振频率 f/Hz=0.25=0.5f0=1Hzf0=2Hz思考：对共振峰值和高频段的影响有何不同？振动系统的固有频率 f0 对共振峰值有何影响？第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.250.5f=f0=114.048.88f=f0=228.0817.76第36页/共43页37 对单质量振动系统，/G与 只相差系数1/g，因此0和对 幅频特性的影响与 幅频特性的影响，从变化趋势上讲完全一样。3.车轮与路面间的相对动载 /G对 的幅频特性的分析第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第37页/共43页384.悬架弹簧的动挠度 对 幅频特性的分析第三节 汽车振动
15、系统的简化，单质量系统的振动第38页/共43页39在低频段，1，2:10:1第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动频率比=/00.1 1 101010.1=0=0.5=0.25第39页/共43页402:10:11:1-1:1思考：悬架固有频率 f0 对 有何影响？第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.250.5f=f0=10.3180.159f=f0=20.1590.080第40页/共43页415.悬架系统固有频率f0与阻尼比的选择思考：悬架系统固有频率 f0 和阻尼比对车身振动加速度及悬架动挠度的影响有何不同？车车 型型f0/Hz /cm /cm轿车轿车1.21.1153079货车货车21.56116902.0.4大客车大客车1.81.271558越野汽车越野汽车21.3613713悬架系统 值的实用范围第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第41页/共43页42第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动下一节本节内容结束第42页/共43页43感谢您的观看。第43页/共43页