车辆行驶振动课件

1、汽车振动分析与测试山东理工大学 交通与车辆工程学院周长城【本章学习目标】 了解路面不平度的基本概念，及测量方法，路面不平度功率谱密度及表示方法； 熟悉掌握车辆行驶振动性能评价方法； 掌握单轮车辆模型及振动微分方程，振动加速度、评价尺度及影响因素；第9章 车辆行驶振动【本章学习方法】 本章主要讲述车辆在行驶状态下的振动及车辆振动性能评价和影响因素。由于车辆行驶状态下的振动，不仅与路况、车速有关，而且还与车辆的结构参数，即车辆系统的相对阻尼比有关，因此，在学习本章应该在学习一般振动理论的基础上，结合车辆行驶的实际情况（路况、车速和车辆结构参数），对车辆的振动进行分析，对车辆加速度、性能评价及影响因

2、素进行分析，从而为车辆半主动悬架设计奠定坚实的理论基础。 【本章学习要点】第1节 路面不平度及其功率谱 一、路面不平度的测量 沿车辆行驶方向，也就是路面纵剖面的路面不平度，根据波长可分为长波、短波和粗糙纹理三种类型。其中，长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，粗糙纹理则引起轮胎的行驶噪声。在道路的横断面上，不平度则表现为车辙和横断面的不平，以及所引起的振动和侧倾。图 路面不平度的分类 按照国际道路不平度试验(即International Road Roughness Experiment，简称IRRE)的定义，路面不平度是指道路表面对于理想平面的偏离，它具有影响车辆动力性、行驶质量和

3、路面动力载荷三者的数值特征。路面不平度可采用以下几种方式进行测量： 路面不平度可采用以下几种方式进行测量：（1）传统测量技术 图 水准仪标杆的测量方法一种使用水准仪和标杆的路面不平度的测量方法， （2）GMR路面汁 初期的GM R路面(General Meier Road Profilometer)结构原理，如图所示 图 GMR路面计的原理图 可以用下式计算得到路面不平度 （3）非接触式路面测量装置 假如路面的细致纹理也需要考虑，则可以采用非接触式测量方法，如，声波、超声波和激光方法，其工作原理如图所示。 图 GMR的激光测高传感器 （4）角度基准路面纵刨面测量仪 路面轮廓仪是美国阿伯丁武器试

4、验场的路面不平度测量仪，用以测量试验跑道的不平度。如图是该仪器的测量机构，由吉普车牵引。 图 路面轮廓仪的测量机构 如果轮架的轮距很小，测量的高度y和水平移动距离x，如下图所示。图 建立跑道轮廓函数的图形 由图可知，测量的高度y和水平移动距离x，可表示为二、路面不平度及其功率谱密度 把路面纵剖面的不平度随机数据表示为频域的方式，是提取路面内在信息的一种重要方法。如果某段路面足够长，以致其不平度数据的统计特征具有典型性，就可以将其展开成傅立叶级数得到振幅谱，用它表示路面特征。这时可以将路面轮廓看成由各种波长的正弦曲线叠加而成。由实测路面数据到频域表示的分析过程 图9.7(a)所示的振幅谱中，谱线

5、的最低频率是Hz，其余频率是其整数倍。 图9.7(c)所示的功率谱密度即为路面不平度的频域描述，其频率范围还可以扩展到9.7(b)所示振幅谱谱线的最低频率以下。 实际路面的低频长波通常有较大的振幅，而高频短波具有较小的振幅。三、测量数据处理及路面不平度表示 大量测量结果证明，路面功率谱密度函数具有负指数特性，不同等级路面的指数也大体相同，所以标准(GB 703186和ISO/DIS 8608)中规定路面功率谱密度的拟合表达式为下图为路面不平度实测的结果。多种路面的功率谱密度 按照功率谱密度的定义，假如实测路面的长度为X，则与行程固有圆频率有关的的路面谱密度为建立行驶振动力学模型时，采用与时间圆

6、频率有关的谱密度 式中，T0为在路面长度为X的路段的行驶时间。与 之间的关系为第2节 车辆振动性能的评价 振动性能的评价指标，包括以下三个方面的内容： (1)作用在于乘员的振动强度K，反映舒适性； (2)车轮动载，反映安全性； (3)悬架动挠度，间接反映舒适性。一般通过选取适当的加权因数，来获得总的评价指标，即一、 车轮动载、行驶安全性 静态轮荷Fzs与动态轮荷Fd的说明图 车轮载荷等于静态垂直载荷与动态垂直载荷之和，即（1）车轮载荷Fz的方差 因为，车轮载荷的平均值一般应等于静态垂直载荷，即所以（2）按照功率谱密度的定义，车轮动载的功率谱密度为 （3）若考虑到车轮动载的均值近似为0，则有按不

7、平度的谱密度计算车轮动载的方差，则为 式中， 频率响应函数。1. 车轮动载2. 行驶安全性 在极端情况下 ，此时 ，从而车轮不能传递水平方向的力。如果这种情况出现在所有车轮上，车辆就丧失了驾驶的可能性，即使是一个车轮或某一车轴的两个车轮的附着力恶化，也会对汽车的行驶性能带来不利影响。因此，为了获得较高的安全性能，车轮法向力变化幅度应较小，这一点也表征为车轮法向力具有较小的标准差 。考虑到不同车辆的 差异较大，车轮法向力的变化系数kF应尽可能的小，它定义为如果要求各种载荷情况下行驶安全性大致相同，须有3. 道路应力 道路应力可以用下面的影响因数来表征 式中， 是考虑到车轮与路面不是点接触，车轮法向力是通过一块或两块面积(视单胎或双胎而定)作用于路面的系数； 是考虑到轮迹的面积可能随轮胎的尺寸和气压等不同而有很大变化的系数。可认为道路应力的最大值为除最大应力外，还可以定义道路应力的平均值 即4. 车轮法向力冲击系数 最大车轮法向力的大小不仅对道路应力有