1、1主講：胡愛軍2第第5 5章章 汽車平順性汽車平順性5 5.1.1平順性的定義平順性的定義5 5.3.3道路不平度統計特性道路不平度統計特性5 5. .4 4平順性分析平順性分析5 5.2.2人體反應與平順性評價人體反應與平順性評價5 5. .5 5影響汽車平順性的結構因素影響汽車平順性的結構因素35.1平順性的定義平順性的定義 平順性是指保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環境具有一定平順性是指保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環境具有一定舒適程度和保持貨物完好的性能。舒適程度和保持貨物完好的性能。 振動影響人的舒適性、工作效能、身體健康，影響貨物的完整性以振動影響人的舒適性、工作效能、身體健

2、康，影響貨物的完整性以及零部件的性能和壽命。平順性研究的目的是有效控制汽車振動的傳遞，及零部件的性能和壽命。平順性研究的目的是有效控制汽車振動的傳遞，使振動系統在給定使振動系統在給定“輸入輸入”的的“輸出輸出”不超過一定的界限。不超過一定的界限。輸入輸入路面不平路面不平車速車速汽車振動系統汽車振動系統輪胎、懸架、車身輪胎、懸架、車身座椅及人體系統座椅及人體系統質量、彈簧、阻尼質量、彈簧、阻尼輸出輸出車身傳至人車身傳至人體的加速度體的加速度懸架動撓度懸架動撓度車輪動載荷車輪動載荷評價指標評價指標加權加速度加權加速度均方根值均方根值撞擊懸架限撞擊懸架限位概率位概率行駛安全性行駛安全性4人體對振動的

3、反應人體對振動的反應垂直方向垂直方向48Hz水平方向水平方向12Hz人體最敏感人體最敏感傳至人體的振動加速度傳至人體的振動加速度人體對水平方向的振人體對水平方向的振動比垂直方向更敏感動比垂直方向更敏感心理心理生理生理客觀因素客觀因素主觀因素主觀因素持續時間持續時間強度強度作用方向作用方向頻率頻率5.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價無感覺無感覺稍有感覺稍有感覺有感覺有感覺強烈感覺強烈感覺非常強烈感覺非常強烈感覺5.2.1人體對振動的反應人體對振動的反應55.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價 ISO2631標準用加速度均方根值給出在標準用加速度均方根值給出在180Hz振動頻率范圍內

4、人體振動頻率范圍內人體對振動反應的三個不同界限。對振動反應的三個不同界限。 (1)暴露極限暴露極限。當人體承受的振動強度在這個極限之內，將保持健康。當人體承受的振動強度在這個極限之內，將保持健康或安全。通常把此極限作為人體可以承受振動量的上限?；虬踩?。通常把此極限作為人體可以承受振動量的上限。 (2)疲勞功效降低界限疲勞功效降低界限。這個界限與保持工作效能有關。當駕駛員。這個界限與保持工作效能有關。當駕駛員承受的振動強度在此界限之內時，能準確靈敏地反應，正常地進行駕駛。承受的振動強度在此界限之內時，能準確靈敏地反應，正常地進行駕駛。 (3)舒適降低界限舒適降低界限。此界限與保持舒適有關，在這個

5、界限之內，人體。此界限與保持舒適有關，在這個界限之內，人體對所暴露的振動環境主觀感覺良好，能順利完成讀、寫等工作。對所暴露的振動環境主觀感覺良好，能順利完成讀、寫等工作。5.2.1人體對振動的反應人體對振動的反應6疲勞工效降低界限疲勞工效降低界限5.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價5.2.1人體對振動的反應人體對振動的反應75.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價5.2.1人體對振動的反應人體對振動的反應“疲勞工效降低界限疲勞工效降低界限”的振動加速度允許值的大小與振動頻率、的振動加速度允許值的大小與振動頻率、振動作用方向和暴露時間三個因素有關：振動作用方向和暴露時間三個因素有關：

6、(1)振動頻率。對垂直振動，乘員敏感的頻率范圍為振動頻率。對垂直振動，乘員敏感的頻率范圍為48Hz，對水平，對水平振動，乘員敏感的頻率范圍為振動，乘員敏感的頻率范圍為12Hz。(2)振動作用方向。垂直振動與水平振動的振動作用方向。垂直振動與水平振動的“疲勞工效降低界限疲勞工效降低界限”不不一樣，同一暴露時間下，頻率在一樣，同一暴露時間下，頻率在3.15Hz以下時容易感受到水平振動；高以下時容易感受到水平振動；高于此頻率時，對垂直振動更敏感。于此頻率時，對垂直振動更敏感。(3)暴露時間。人體達到一定反應的界限，都是由人體感覺到的振動暴露時間。人體達到一定反應的界限，都是由人體感覺到的振動強度大小

7、和暴露時間長短兩者綜合的結果。強度大小和暴露時間長短兩者綜合的結果。8 在進行舒適性評價時，除了考慮座椅支撐面處輸入點在進行舒適性評價時，除了考慮座椅支撐面處輸入點3 3個方向的線個方向的線振動，還考慮該點振動，還考慮該點3個方向的角振動，以及座椅靠背和腳支撐面兩個輸個方向的角振動，以及座椅靠背和腳支撐面兩個輸入點入點各各3個個方向的線振動，共方向的線振動，共3個輸入點個輸入點12個軸向的振動。個軸向的振動。5.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價5.2.2平順性評價指標平順性評價指標91.1.基本評價基本評價法法(1)計算各軸向加權加速度均方根值aw1）濾波網絡法 將測得的將測得的 通過

8、相通過相應的頻率加權函數應的頻率加權函數 的濾波網絡的濾波網絡，得到加權加得到加權加速度時間歷程速度時間歷程 。 2102wwd1TttaTa2）頻譜分析法 對對 進行頻譜分進行頻譜分析，得到功率譜密度析，得到功率譜密度函數函數 。 21805 . 0a2wdffGfWa wat a t w f a t aGf5.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價5.2.2平順性評價指標平順性評價指標10(2)三個方向總加權加速度均方根值(3)總加權振級Lawa0參考參考加加速度均方根值速度均方根值， 。62010 m/sa5.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價5.2.2平順性評價指標平順性評價指

9、標1 2222wwww1 41 4/xyza. a. aaaww020lg/Laa112.輔助評價法 當峰值系數當峰值系數 9時，時，ISO 2631-1:1997(E)標準規定用加權加速度標準規定用加權加速度4次次方根值評價。它能更好地估計偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數方根值評價。它能更好地估計偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數振動對人體的影響。此時采用輔助評價方法振動對人體的影響。此時采用輔助評價方法 振動劑量值。振動劑量值。5.人體反應與人體反應與平順性評價平順性評價5.2.2平順性評價指標平順性評價指標 1441.75w0VDVd/msTatt125.3道路路面不平度的統計特性道路

10、路面不平度的統計特性5.3.1路面譜路面譜路面不平度函數路面不平度函數 路面相對基準平面的高度路面相對基準平面的高度 q ，沿道路走向長度，沿道路走向長度 I 的變化的變化 q（I）稱為路面不平度函數。稱為路面不平度函數。 用水準儀或路面計可以得到路面不平度函數。用水準儀或路面計可以得到路面不平度函數。13n空間頻率空間頻率（m-1），表示每米長度包括幾個波長；，表示每米長度包括幾個波長；n0參考空間頻率，參考空間頻率，n0=0.1m-1；W頻率指數。頻率指數。5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.1路面譜路面譜 00WqqnGnGnn路面不平度的功率譜密度路面不平度的

11、功率譜密度 qGn 的擬合公式的擬合公式 qGn 參考空間頻率下的路面功率譜密度，也稱路面不參考空間頻率下的路面功率譜密度，也稱路面不平度系數；平度系數；0qGn14路面等級路面等級Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）q /(10-3m)0.011m-1n2.83m-1 幾何平均值幾何平均值幾何平均值幾何平均值A163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65536243.61H262144487.22路面不平度路面不平度8級分類標準級分類標準5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.1路面譜

12、路面譜15路面不平度分級圖路面不平度分級圖5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.1路面譜路面譜164( )(2 )( )qqG nn G n2( )(2 )( )qqG nn G n速度功率譜密度和加速度功率譜密度速度功率譜密度和加速度功率譜密度速度功率譜密度速度功率譜密度加速度功率譜密度加速度功率譜密度當當W=2時時200( )(2)()qqG nnG n與與n無關無關“白噪聲白噪聲”5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.1路面譜路面譜17空間頻率功率譜密度 化為時間頻率功率譜密度 當空間頻率當空間頻率 n 一定時，時間頻率一定時，時間頻率 f

13、 隨車速成正比變化。隨車速成正比變化。( )( )qqG nG f車速( )qG n( )qG f5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性( )( )/qqGfG nufun 當當 時，有：時，有：22200( )()/qqGfG n n uf 2220024qqqGffGfGnn u 442200216qqqGffGfGnn uf185.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度四輪輸入的功率譜密度 2qIx IL 1qIx I 4qIy IL 3qIy I19 汽車有四個輸入的振動傳遞時，要掌握四個車輪輸入的自譜和四個汽車有四個輸入的振動

14、傳遞時，要掌握四個車輪輸入的自譜和四個車輪彼此間的互譜，共車輪彼此間的互譜，共16個譜量個譜量 ，其中，其中12個譜個譜量兩兩共軛。量兩兩共軛。( )( ,1,2,3)ikGn i k 1122xx3344yy*21221xx*23443yy*21441xy*23223yx*1331xy*4224yxnLnLnLnLGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGn5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度四輪輸入的功率譜密度20左、右輪跡間的互譜可以表示為左、右輪跡間的互譜可以表示為兩個輪跡的相關函數為兩

15、個輪跡的相關函數為5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度四輪輸入的功率譜密度 jexynxyxyGnGn 22cohxyxyxxyyGnnGn Gn當兩個輪跡當兩個輪跡x（I）、）、y（I）的統計特性相同，即）的統計特性相同，即且相位譜且相位譜 時時 xxyyqGnGnGn 0 xyn 22cohxyxyxxyyGnnGn Gn cohxyyxxyqGnGnn Gn21路面對四輪汽車輸入的譜矩陣最后可以表示為路面對四輪汽車輸入的譜矩陣最后可以表示為5.3道路路面不平度的統計特性道路路面不平度的統計特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度四輪輸入的功率譜密

16、度 j2j2j2j2j2j2j2j21ecohcohee1cohecohcohcohe1ecohecohe1nLnLnLnLikqnLnLnLnLnnnnnnnnnnGG22 車身質量有垂直、俯仰、車身質量有垂直、俯仰、側傾側傾3個自由度，個自由度，4個車輪質個車輪質量有量有4個垂直自由度，整車共個垂直自由度，整車共7個自由度。個自由度。5.4平順性分析平順性分析5.4.1平順性分析模型平順性分析模型 當當 汽車對稱于其縱軸線，且左右車轍不平度函數汽車對稱于其縱軸線，且左右車轍不平度函數 ，并忽略輪胎阻尼后，汽車立體模型可簡化為平面模型。并忽略輪胎阻尼后，汽車立體模型可簡化為平面模型。 x I

17、y I23 1）總質量保持不變）總質量保持不變 2）質心位置不變）質心位置不變 3）轉動慣量保持不變）轉動慣量保持不變簡化前后應滿足以下三個條件簡化前后應滿足以下三個條件解得解得把質量為把質量為m2的車身按動力學等效分解為前軸、后軸和質心上的三個集中質量。的車身按動力學等效分解為前軸、后軸和質心上的三個集中質量。5.4平順性分析平順性分析5.4.1平順性分析模型平順性分析模型2f2r2c2mmmm2f2r0m am b22222f2ryyImm am b22f222r222c21yyymmaLmmbLmmab令令 懸掛質量分配系數。懸掛質量分配系數。2yab24 對于大部分汽車，對于大部分汽車

18、， = 0.81.2，即接近，即接近1。當。當 = 1時時5.4平順性分析平順性分析5.4.1平順性分析模型平順性分析模型22f222r22c0yymmaLmmbLm25 在在 =1 的情況下，前、后軸上的情況下，前、后軸上方車身部分的集中質量方車身部分的集中質量m2f 、 m2r在在垂直方向的運動是相互獨立的。垂直方向的運動是相互獨立的。 雙軸汽車模型可以簡化為車身、雙軸汽車模型可以簡化為車身、車輪兩個自由度振動系統模型。車輪兩個自由度振動系統模型。5.4平順性分析平順性分析5.4.1平順性分析模型平順性分析模型26 車輪部分的固有頻率為車輪部分的固有頻率為1016Hz，如果激振頻率如果激振

19、頻率（即（即5Hz以下）遠離車輪固以下）遠離車輪固有頻率，輪胎的動變形很有頻率，輪胎的動變形很小，可忽略車輪質量和輪小，可忽略車輪質量和輪胎的彈性，從而得到車身胎的彈性，從而得到車身單質量系統模型。單質量系統模型。5.4平順性分析平順性分析5.4.1平順性分析模型平順性分析模型275.4平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析20m zC zqK zq2m zCzKzCqKq/( )( )( )z qZHQ/212j( )12jz qH122/22212( )12z qH28幅頻特性曲線幅頻特性曲線0.1110頻率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11

20、|z/q|10-2:1-1:120單質量系統位移輸入與位移輸出的幅頻特性單質量系統位移輸入與位移輸出的幅頻特性25. 05 . 05.4平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析29車身加速度的功率譜密度 的計算分析 z G 路面輸入除采用路面輸入除采用 外，還可以采用外，還可以采用 和和 。 qG qG qG 相應地，幅頻特性要采用相應地，幅頻特性要采用 和和 。2jqzH 2jqzH 5.4平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析 2jzqz qGHG22222jjjz qz qz qzHzHzHzzqqqzzqqqzzqqq302

21、1101001szq0.1110激振頻率激振頻率 f / Hz=0.25=0.5f0=1Hzf0=2Hz5.4平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析單質量系統車身加速度均方根譜與固有頻率成正比。單質量系統車身加速度均方根譜與固有頻率成正比。31車輪與路面間的相對動載 對 的幅頻特性/dFGq d2zFm2Gm gzdFGg 對單質量振動系統，對單質量振動系統， 與與 只相差系數只相差系數1/g，因此，因此0和和對對 幅頻特性的影響與幅頻特性的影響與 幅頻特性的影幅頻特性的影響，從變化趨勢上講完全一樣。響，從變化趨勢上講完全一樣。z q/FGdqz /dFG5.4

22、平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析32懸架彈簧的動撓度 對 幅頻特性的分析q df2zqz12j jq12jH2d2fq12j124d222fq12dfz q dfz qz1qqq5.4平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析332:10:11:1-1:15.4平順性分析平順性分析5.4.2單質量系統單質量系統平順性分析平順性分析dd1f /qf /q0d 01fq2/單質量系統動撓度的均方根譜與固有頻率和阻尼比成反比。單質量系統動撓度的均方根譜與固有頻率和阻尼比成反比。34無阻尼自由振動時無阻尼自由振動時如果如果m1不動（不動

23、（z1=0）如果如果m2不動（不動（z2=0） 0與與t是雙質量系統只有單獨一個質量振動時的部分頻率（偏頻）。是雙質量系統只有單獨一個質量振動時的部分頻率（偏頻）。5.4平順性分析平順性分析5.4.2雙質量系統雙質量系統平順性分析平順性分析2221211 11212t100m zC zzK zzm zC zzK zzKzq22211 112t100m zK zzm zK zzK z02/K m2220m zKztt1/KKm1 1t1()0m zKK z35 無阻尼自由振動時，設兩個質量以相同的圓頻率無阻尼自由振動時，設兩個質量以相同的圓頻率和相角和相角 做簡諧振動，振幅為做簡諧振動，振幅為z

24、10、z20 。 tzj101eztzj202eztzj2101ez tzj2202ez 0102202220zmKzmKz0101t201210zmKKzmKz代入左式后可得代入左式后可得220/mK1t2t/mKK 將將代入代入001t21111222zKzzKzmzzKzm 得得5.4平順性分析平順性分析5.4.2雙質量系統雙質量系統平順性分析平順性分析36 方程有非零解的條件是方程有非零解的條件是z z10和和z z20的系數行列式為零。的系數行列式為零。4222222t00t01/0K m 2220022t10Km222220t01/0K m222222t1 2t0t0211124KKm m、2220t1010Kzzm2220200100zz5.4平順性分析平順性分析5.4.2雙質量系統雙質量系統平順性分析平順性分析由主頻率可求出振動系統的兩個主振型由主頻率可求出振動系統的兩個主振型375.5影響汽車