发动机原理及汽车理论平顺性

1、1/402/406.16.1 概述概述6.26.2 人体对振动的响应及平顺性人体对振动的响应及平顺性6.36.3 路面统计特性路面统计特性6.46.4 汽车振动系统及其简化汽车振动系统及其简化6.56.5 车身和车轮双质量系统的振动车身和车轮双质量系统的振动第六章 汽车平顺性3/386.1 6.1 概述概述 振动：路面不平等原因引起汽车振动。它影响振动：路面不平等原因引起汽车振动。它影响舒适性和身体健康。舒适性和身体健康。 保持振动环境的舒适性，使驾驶员在复杂行驶保持振动环境的舒适性，使驾驶员在复杂行驶和操纵条件下，具有良好的和操纵条件下，具有良好的心理状态心理状态和准确灵敏的和准确灵敏的反应

2、反应。 汽车平顺性影响汽车平顺性影响“人汽车人汽车”系统的系统的操纵稳定操纵稳定性和行驶安全性。性和行驶安全性。vibration applied on whole human body transverse vibrationlongitudinal vibrationvertical vibrationpitch vibrationroll vibrationyaw vibration4/40平顺性：平顺性：汽车行驶过程中汽车行驶过程中, ,保持保持乘员乘员所处的振动环境所处的振动环境具有一定舒适度的性能，并保持具有一定舒适度的性能，并保持货物货物的的完好无损。完好无损。评价方法：评价方法

3、：根据乘员舒适程度评价根据乘员舒适程度评价 汽车振动系统及其评价指标汽车振动系统及其评价指标输入汽车系统振动输出指标评价5/40输输 入入: :路面不平度、车速路面不平度、车速振动系统振动系统: :弹性元件、阻尼元件、质量弹性元件、阻尼元件、质量输输 出出: :悬挂质量悬挂质量( (或人体或人体) )加速度、车轮动载荷加速度、车轮动载荷评价指标评价指标: :人体对振动响应、轮胎接地性人体对振动响应、轮胎接地性Elastic element Damping component MassAcceleration applied on human body Dynamic load6/401.1.人

4、体对人体对振动的响应振动的响应取决于：频率与强度；取决于：频率与强度； 作用方作用方向；向； 暴露时间。暴露时间。2.2.频率频率8Hz8Hz以下以下，水平方向允许的加速度值低于垂直方向水平方向允许的加速度值低于垂直方向48Hz允许的加速度允许的加速度；水平方向水平方向12Hz比垂直方向比垂直方向48Hz加速度允许值低加速度允许值低1.4倍倍。汽车的振动环境汽车的振动环境以以8 8HzHz以以下下的的频率频率为主为主。3.3.反应界限反应界限( (舒适舒适、不、不舒适、舒适、疲劳疲劳) )是由人体感觉到的是由人体感觉到的振动振动强度强度大小和大小和暴露时间暴露时间长短长短综合作用综合作用的结果

5、。的结果。6.2 6.2 人体对振动的响应和平顺性评价人体对振动的响应和平顺性评价exposure timeVibration response7/40 平顺性主要靠平顺性主要靠主观感觉主观感觉判断。判断。 国际标准国际标准ISO 2631，以短时间以短时间简谐振动简谐振动的实验结的实验结果为基础。果为基础。 ISO 2631用用加速度均方根值加速度均方根值给出给出了了180Hz振动频振动频率范围内人体率范围内人体对对振动反应振动反应的三个不同界限。的三个不同界限。rms加速度均方根值加速度均方根值root mean square of the accelerationFeeling eval

6、uationsubjective evaluationobjective evaluationharmonic vibration8/40暴露界限暴露界限: :当人体承受的当人体承受的在此界限内在此界限内, ,将保持将保持人的健康或安全。人的健康或安全。它作为人体可承受振动量的上限。它作为人体可承受振动量的上限。疲劳疲劳- -工效工效降低界限降低界限: :当人承受的当人承受的振动强度振动强度在此界限内在此界限内时时, ,能准确灵敏地反应能准确灵敏地反应, ,正常地进行正常地进行操作操作( (驾驶驾驶) )。它它与与保持人的保持人的有关有关。舒适降低界限舒适降低界限: :此界限之内此界限之内,

7、,人体对所暴露的振动环境人体对所暴露的振动环境, ,能顺利地完成吃、读、写等动作。能顺利地完成吃、读、写等动作。它它与与保持人的保持人的舒适舒适有关有关。exposure limitfatigue-decreased proficiency boundaryreduced comfort boundary根据人的感觉划分振动环境根据人的感觉划分振动环境9/40垂直方向水平方向cfcfrmsrmsctct三个界限曲线相似dB)6(2倍降低界限的工效暴露界限是疲劳)dB1015. 3/1倍（工效降低界限的劳舒适降低界限是疲或缩小”的作用对数具有“放大。轴是对数轴和lglgyx等时间曲线124810

8、/40,.110lg10lg, 110lg10lg, 110lg10lg, 110lg10lg110lg10lg, 110lg10lg231201101232刻度坐标轴上数压缩或放大至一个等数量级的不同可把变化范围相差很大个单位刻度表示可用610000010.采用对数坐标的优点11/40dB.lgxxlgLdB.lgxxlgLxx1096691531201060206622010202202工效降低界限之比舒适降低界限与疲劳降低界限之比暴露极限与疲劳工效0202lg20lg10 xxxxLxdB(分贝分贝)rmsx =12/401/3倍频分别评价法：对传至人体的加速度进行频谱分析，可得1/3倍

9、频带的加速度均方根值谱。ciciffPpiluclcullucdffGfffffffffff12. 189. 02161)(89. 012. 12centreclowerlupperufrequencyf261231.f/flufrequency window analysis frequency band Band width 中心频谱中心频谱f fc c=180Hz,=180Hz,共共2020个频带个频带13/40weighing functionresponse sensitivity1/3倍频法思想14/40 人体对各频带振动的敏感程度不同，1/3倍频加速度均方根值分量 的大小不能真实

10、地反映人体感觉振动强度的大小。 方法：采用人体对不同频率振动敏感程度的频率加权函数，将人体最敏感以外各1/3倍频带加速度均方根值分量 进行频率加权。即按人体感觉的振动强度相等的原则折算。即加权加速度均方根值分量 。其大小可反映人体对振动强度的感觉。pipwipi15/4022211888414150ciciciciHciciciciciciNf,f/Hzf,)f(Wf,f/Hzf,Hzf,f.)f(W对于水平方向对于垂直方向界限值加以比较并与最敏感频带允许的价指标为倍频带分别评价法的评max)(3/1pwiciciffpcipicipwidffGfWfW12. 189. 021)()()(16

11、/40前苏国家前苏国家17/4018/40总加权值方法用中心频率总加权值方法用中心频率1 180Hz80Hz，2020个倍频带个倍频带加权加速加权加速度均方根值分量的度均方根值分量的平方和根值来评价汽车的平顺性。平方和根值来评价汽车的平顺性。9078. 0212212012)()()(dffGfWpipwipwmax)(pwipwn2 2 总加权值方法总加权值方法优点：可优点：可由由检出。当检出。当各各1/31/3倍频带加权均方根值分量彼相等时倍频带加权均方根值分量彼相等时19/40maxmaxmaxmaxmax)(16. 3)(10)(,10)(1)(pwipwipwpwipwipwpwip

12、wconstnnn另假设各个倍频带通常时，max)(2pwipw实际上20/4026001102101/10/lg20,15. 3/,10/16. 0min10,/8 . 2/2smaaLaaTThTsmaTTapwzpwzCDFDCDFDpwz或21/40)(tqqtO基准平面路面纵向断面曲线6.3 路面统计特性22/40 1.1.路面不平度的功率谱路面不平度的功率谱通常，把相对基准平面的高度通常，把相对基准平面的高度q，沿着道路走向沿着道路走向长度长度l的变化的变化q(l)，称为道路纵称为道路纵( (断面断面) )曲线或不平度函曲线或不平度函数。数。 根据测量的路面不平度随机数据，在计算机

13、上处理根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处理得到路面不平度功率谱得到路面不平度功率谱 或方差或方差 。2q2,)(1 . 0)()(01000wnGmnnnnGnGqWqq常取即路面不平度系数，通谱密度参考空间频率下的功率，其中)(nGq23/40按路面功率谱密度把路面不平度分8级，AH2)()(00wnnnGnGwqq，24/40)(nGq功率谱密度n空间频率ABCwqqnnnGnG00)()(注：纵坐标和横坐标均采用对数单位25/401.汽车振动系统的简化7自由度模型4车轮，Ix， Iy ，Zxzy6.4 6.4 汽车振动系统简化及单质量系统的振动汽车振动系统简化及单质量系统的振动2

14、6/40 由于汽车纵轴对称，当左、右车撤不平度函数x(I)=y(I)时，汽车只有车身垂直振动z和俯仰振动，汽车可以简化为平面模型。2122212222122110LLmmLLmmLLmmLmLmmIILmLmmmmmysscyssryssfsrsfysyysrsfsscsrsf不变转动惯量质心位置不变总质量不变4DOF4DOF27/40zscmsfmsrmufmurm1L2LL不变转动惯量质心位置不变总质量不变yI2个车轮、Z、4DOF28/40可。前后轴的双质量振动即别研究是互相独立的，即仅分的垂直方向运动和此时时，联系质量悬挂质量分配系数：srsfscymmmLL012122 DOF：1个

15、车轮、Z29/40urmsrmsfmufm双质量振动系统30/40量垂直振动系统模型质弹性变形和质量得到单其胎的变形很小，可忽略轮范围内频率（的较低激振在远离车轮固有频率,Hz)5Hz1610fftmKczqtyret x单质量振动系统单质量振动系统31/400)()(0)()(qzmKqzmczqzKqzczm mKcnmKmcn22020二阶常系数齐次方程mKf2120032/40ntAeztntAetnAeznt220sin25. 0汽车悬架系统阻尼比衰减其振幅按有阻尼固有圆频率系统固有圆频率ntrren220033/40降低比大阻尼时系统不振动325. 0011020220rrrrn0

16、r 阻尼比对衰减振动的影响阻尼比对衰减振动的影响34/40ddfTeeAeAeAAdAAdrnTTtnnt22220112)(2121ln/41112ln121:21111减幅系数阻尼比对振幅衰减的影响阻尼比对振幅衰减的影响2102012122nTnTTr35/40特性作用：分析车身的动态的。则前后悬架几乎是独立若质量分配系数, 1/212LLysrmurmKctKszuzq6.5 车身和车轮双质量系统的振动.车轮的接地性特性车轮高频共振时的动态.即平顺性双轴四自由度模型36/40)(0)(0,/ )(000)()(0)(0)()()(0)()(tjsstjuuuttutuusssutsuuuusssutsusuuuususssezzezzmKKzKKzmKzzmqzKzzKzmzzKzmqzKzzKzzczmzzKzzczm（悬架不动）（车轮不动）无阻尼 37/40)(0)(000tjuutjssutuusssezzezzzKKzmKzzm）（ 38/40uttsuutsuuussssmKKmKzmKKzmKzzmKzmKz/