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1、1第5 5章 汽车平顺性5.15.1平顺性的定义5.35.3道路不平度统计特性5.45.4平顺性分析5.25.2人体反应与平顺性评价5.55.5影响汽车平顺性的结构因素第1页/共38页25.1平顺性的定义 平顺性是指保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适程度和保持货物完好的性能。振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康，影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺性研究的目的是有效控制汽车振动的传递，使振动系统在给定“输入”的“输出”不超过一定的界限。输入路面不平车速汽车振动系统轮胎、悬架、车身座椅及人体系统质量、弹簧、阻尼输出车身传至人体的加速度悬架动挠度车轮动载荷评价指标加权加速
2、度均方根值撞击悬架限位概率行驶安全性第2页/共38页3人体对振动的反应垂直方向48Hz水平方向12Hz人体最敏感传至人体的振动加速度人体对水平方向的振动比垂直方向更敏感心理生理客观因素主观因素持续时间强度作用方向频率5.人体反应与平顺性评价无感觉稍有感觉有感觉强烈感觉非常强烈感觉人体对振动的反应第3页/共38页45.人体反应与平顺性评价 ISO2631标准用加速度均方根值给出在180Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限。(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。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。(2)疲劳功效降低界限。这个界限与保持工作效能有关。当
3、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，能顺利完成读、写等工作。人体对振动的反应第4页/共38页5疲劳工效降低界限5.人体反应与平顺性评价人体对振动的反应第5页/共38页65.人体反应与平顺性评价人体对振动的反应“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三个因素有关：(1)振动频率。对垂直振动，乘员敏感的频率范围为48Hz，对水平振动，乘员敏感的频率范围为12Hz。(2)振动作用方向。垂直振动与水平振动的“疲劳工效降低界限”不一样，同一
4、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。(3)暴露时间。人体达到一定反应的界限，都是由人体感觉到的振动强度大小和暴露时间长短两者综合的结果。第6页/共38页7 在进行舒适性评价时，除了考虑座椅支撑面处输入点3 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撑面两个输入点各3个方向的线振动，共3个输入点12个轴向的振动。5.人体反应与平顺性评价平顺性评价指标第7页/共38页81.1.基本评价法(1)计算各轴向加权加速度均方根值aw1）滤波网络法 将测得的 通过相应的频率加权函数 的滤波网络，得到加权加速度时间历程 。2）频谱分析法
5、 对 进行频谱分析，得到功率谱密度函数 。5.人体反应与平顺性评价平顺性评价指标第8页/共38页9(2)三个方向总加权加速度均方根值(3)总加权振级Lawa0参考加速度均方根值，。5.人体反应与平顺性评价平顺性评价指标第9页/共38页102.辅助评价法 当峰值系数 9时，ISO 2631-1:1997(E)标准规定用加权加速度4次方根值评价。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。5.人体反应与平顺性评价平顺性评价指标第10页/共38页115.3道路路面不平度的统计特性路面谱路面不平度函数 路面相对基准平面的高度 q，沿道路走向长度
6、I 的变化 q（I）称为路面不平度函数。用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。第11页/共38页12n空间频率（m-1），表示每米长度包括几个波长；n0参考空间频率，n0=0.1m-1；W频率指数。5.3道路路面不平度的统计特性路面谱路面不平度的功率谱密度 的拟合公式 参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路面不平度系数；第12页/共38页13路面等级路面等级Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）q/(10-3m)0.011m-1n2.83m-1 几何平均值几何平均值几何平均值几何平均值A163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F163
7、84121.80G65536243.61H262144487.22路面不平度8级分类标准5.3道路路面不平度的统计特性路面谱第13页/共38页14路面不平度分级图5.3道路路面不平度的统计特性路面谱第14页/共38页15速度功率谱密度和加速度功率谱密度速度功率谱密度加速度功率谱密度当W=2时与n无关“白噪声”5.3道路路面不平度的统计特性路面谱第15页/共38页16空间频率功率谱密度 化为时间频率功率谱密度 当空间频率 n 一定时，时间频率 f 随车速成正比变化。车速5.3道路路面不平度的统计特性 当 时，有：第16页/共38页175.3道路路面不平度的统计特性四轮输入的功率谱密度第17页/共
8、38页18 汽车有四个输入的振动传递时，要掌握四个车轮输入的自谱和四个车轮彼此间的互谱，共16个谱量 ，其中12个谱量两两共轭。5.3道路路面不平度的统计特性四轮输入的功率谱密度第18页/共38页19左、右轮迹间的互谱可以表示为两个轮迹的相关函数为5.3道路路面不平度的统计特性四轮输入的功率谱密度当两个轮迹x（I）、y（I）的统计特性相同，即且相位谱 时第19页/共38页20路面对四轮汽车输入的谱矩阵最后可以表示为5.3道路路面不平度的统计特性四轮输入的功率谱密度第20页/共38页21 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。5.4平顺性分析平顺性
9、分析模型 当 汽车对称于其纵轴线，且左右车辙不平度函数 ，并忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为平面模型。第21页/共38页22 1）总质量保持不变 2）质心位置不变 3）转动惯量保持不变简化前后应满足以下三个条件解得把质量为m2的车身按动力学等效分解为前轴、后轴和质心上的三个集中质量。5.4平顺性分析平顺性分析模型令 悬挂质量分配系数。第22页/共38页23 对于大部分汽车，=0.81.2，即接近1。当 =1时5.4平顺性分析平顺性分析模型第23页/共38页24 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相互独立的。双轴汽车模型可以简化为车身、车轮两个
10、自由度振动系统模型。5.4平顺性分析平顺性分析模型第24页/共38页25 车轮部分的固有频率为1016Hz，如果激振频率（即5Hz以下）远离车轮固有频率，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。5.4平顺性分析平顺性分析模型第25页/共38页265.4平顺性分析单质量系统平顺性分析第26页/共38页27幅频特性曲线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5.4平顺性分析单质量系统平顺性分析第27页/共38页28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
11、可以采用 和 。相应地，幅频特性要采用 和 。5.4平顺性分析单质量系统平顺性分析第28页/共38页2921101000.1110激振频率 f/Hz=0.25=0.5f0=1Hzf0=2Hz5.4平顺性分析单质量系统平顺性分析单质量系统车身加速度均方根谱与固有频率成正比。第29页/共38页30车轮与路面间的相对动载 对 的幅频特性 对单质量振动系统，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。5.4平顺性分析单质量系统平顺性分析第30页/共38页31悬架弹簧的动挠度 对 幅频特性的分析5.4平顺性分析单质量系统平顺性分析第31页/共38页322:
12、10:11:1-1:15.4平顺性分析单质量系统平顺性分析单质量系统动挠度的均方根谱与固有频率和阻尼比成反比。第32页/共38页33无阻尼自由振动时如果m1不动（z1=0）如果m2不动（z2=0）0与t是双质量系统只有单独一个质量振动时的部分频率（偏频）。5.4平顺性分析双质量系统平顺性分析第33页/共38页34 无阻尼自由振动时，设两个质量以相同的圆频率和相角 做简谐振动，振幅为z10、z20。代入左式后可得将代入得5.4平顺性分析双质量系统平顺性分析第34页/共38页35 方程有非零解的条件是z z10和z z20的系数行列式为零。5.4平顺性分析双质量系统平顺性分析由主频率可求出振动系统
13、的两个主振型第35页/共38页365.5影响汽车平顺性的结构因素1.悬架刚度2.“人体-座椅”系统的参数选择 悬架刚度决定悬架系统的固有频率，对平顺性有很大影响。降低固有频率，可以明显减小车身加速度；但悬架固有频率的降低，动挠度增大，限位行程也相应地增大，而限位行程受结构限制不能太大，所以降低悬架固有频率是有限度的。为改善汽车平顺性，使传至人体的振动比较小，在选择“人体-座椅”参数时，首先要保证人体垂直方向最敏感的频率范围48Hz处于减振区。第36页/共38页375.5影响汽车平顺性的结构因素3.轮胎 轮胎在很大程度上吸收了因路面不平产生的振动，因此，希望轮胎的缓冲性能越来越好。(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)改变轮胎结构形式，如采用子午线轮胎；(3)提高帘线和橡胶的弹性，采用较柔软的胎冠。4.非悬挂质量 非悬挂质量的振动对悬架质量振动加速度有较明显的影响，减小非悬挂质量，可以减小传给悬挂质量的冲击力；因此，提高悬挂质量和非悬挂质量的比值，有利于改善汽车的平顺性。第37页/共38页38感谢您的观看。第38页/共38页