第6章 汽车的平顺性习题解答

第6章汽车的平顺性习题解答6-1简述汽车平顺性的定义。解：汽车的平顺性定义为避免汽车在行驶过程中产生的振动和冲击使人感到不舒服、疲劳甚至损害健康，或使货物损坏的性能。6-2简述路面不平度。解：路面不平度是路面高低不平的程度，随道路的延伸而变化，通常把路面相对基准平面的高度沿道路走向长度I的变化称为路面纵剖面曲线或不平度函数，如图6-4所示，可用水准仪或路面计测得路面不平度函数。6-3简述人体对振动的反应的客观和主观因素。解：人体对振动的反应的客观因素包括振动的频率、强度、作用方向和持续时间；人体对垂直方向的4～12.5Hz的振动频率及水平方向的0.5～2Hz的振动频率最敏感，对水平方向的振动比垂直方向的振动更敏感，对左右方向的振动比前后方向的振动更敏感，人体坐、站姿的振动比卧姿的振动更敏感，人对不同方向的结振动与角振动的敏感程度不同，人面向汽车前进方向和背向汽车前进方向对振动的敏感程度不同，这与人的心脏、心脏周周的肌肉和胸腔有关，还与头及下方的颈部结构有关；振动的强度与加速度、振幅和冲击有关，传至人体的振动加速度大小及振幅影响人体对振动的反应，振动加速度及振幅大，人体受力大，汽车受冲击时人体受冲击载荷，这些使人体不舒适，如红灯前汽车制动，加速度大，伴随人体受冲击，人体有较强地不舒适；振动的持续时间长，人体会疲劳，人的身体有差异，不同的人，抗持续振动和冲击的能力不同，如道路不畅、汽车进站时频繁制动，人体不舒适，易产生恶心、呕吐的运动病。人体对振动的反应的主观因素包括每个人的生理与心理素质不同，对振动的敏感程度有很大差异。人体有胖、瘦、高、矮，相应的共振频率不同，抗振能力不同；人的年龄、性别有差异，人的身体状况有差异，老年人、青年人和小孩的体质不同，病人和健康人的体质不同，饥饿与不饥饿的体质不同，思想有负担和没负担人的心情不同，大脑在思考问题和没思考问题时的大脑状态不同，相应的抗振能力不同。随着人的年龄的增长，人的抗振能力发生变化。在抗振过程中，人的生理与心理还会产生变化，影响人的抗振能力。6-4简述人体坐姿的受振模型。解：人体坐姿的受振模型，如图6-4所示。在进行平顺性评价中，考虑座椅支承面处输入点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承面两个输入点各3个方向的线振动，共3个输入点12个轴向的振动，从中选取振动，进行平顺性的评价。6-5简述汽车平顺性的评价方法。解：根据GB/T13441.1-2007，振动对人体影响的评价包括振动对人体的健康、舒适、感知（感知振动）、运动病（头晕、呕吐、恶心）4个方面影响的评价。当振动波形峰值系数（也称为波形因数，它是加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均方根值的比值）小于或等于9时，用基本评价方法，即用加权加速度均方根值来评价振动对人体的健康、舒适和感知的影响，振动的1/3倍频带的中心频率范围为0.5Hz～80Hz。当振动波形峰值系数大于9时，基本评价方法不适用，要用附加评价方法评价振动对人体的运动病影响，振动的1/3倍频带的中心频率范围为0.1Hz～0.5Hz。6-6简述四轮汽车的车身—车轮双自由度振动模型。解：四轮汽车的车身—车轮双自由度振动模型如图6-7所示，考虑汽车前后振动相同及车身无俯仰后，由四自由度振动模型简化为车身—车轮双自由度振动模型，也称为车身—车轮2自由度振动模型，或车身—车轮双质量振动模型。车身和车轮各有1个垂直自由度，整车共2个自由度。车身—车轮双自由度振动模型中有车身和车轮两个质量。6-7导出车身单质量系统的运动微分方程。解：根据牛顿第二定律和图6-8，车身单质量系统的运动微分方程为：（6-8）式中，、、、分别为车身的质量、悬架的刚度和阻尼、车身的位移；为路面不平度函数；为悬挂弹簧的弹簧力；为减振器的阻尼力；弹簧力和阻尼力的方向与坐标z的方向相反。整理式（6-8），进一步得车身单质量系统的运动微分方程：（6-9）令，，其中称为系统的阻尼比，称为系统的固有频率，上式可改写为：6-8写出简谐激励下车身单质量系统的频率响应函数和幅频特性。解：简谐激励下车身单质量系统的输出与输入的频率响应函数：简谐激励下车身单质量系统的输出与输入的幅频特性：6-9介绍简谐激励下共振区的车身单质量系统的幅频和相频特性分析及振动控制。解：共振区〔0.75≤λ≤〕：当λ接近1且小于1时，振幅比急速增大出现峰值，这种情况称为“共振”。在共振区，悬架系统把路面不平度的输入放大了，车身位移的幅值很大，悬架成为路面振幅的放大器。系统的阻尼比小，共振峰值大，=0时，共振峰值大无穷大。可通过磁流变、电流变等减振器，改变阻尼，增大阻尼比，减小共振峰值及共振区车身位移的幅值。共振峰在λ=1的线的左侧且接近λ=1的线，可通过油气弹簧、变弹簧座位置等变刚度的弹簧，改变弹簧的刚度，根据固有频率的定义，固有频率发生了变化，从而改变λ=1的线的位置，避开共振峰，不产生共振；此方法，也改变了共振区的位置及车身的位移。汽车的质量变化时，如空载和满载，固有频率发生了变化，频率比λ随之变化，共振峰及共振区的位置随之变化，影响汽车平顺性的控制。在控制中，要智能控制阻尼比ζ和频率比λ，适应汽车质量、路面不平度的变化，提高汽车振动的控制水平，使汽车有好的平顺性。6-10写出车身单质量系统的车身加速度对路面不平度的幅频特性。解：车身单质量系统的车身加速度对路面不平度的幅频特性：6-11导出车身—车轮双质量系统的运动微分方程。解：根据牛顿第二定律和图6-7，得车身—车轮双质量系统的运动微分方程：（6-46）（6-47）式中，为悬挂弹簧的弹簧力；为减振器的阻尼力；悬挂弹簧的弹簧力和减振器的阻尼力的方向与坐标z2的方向相反；为车轮的弹簧力，车轮的弹簧力的方向与坐标z1的方向相反。由式（6-46）和式（6-47），进一步得车身与车轮双质量系统的运动微分方程：（6-48）（6-49）6-12写出车身—车轮双质量系统的频率响应函数及幅频特性。解：双质量系统车身的垂直位移对路面不平度的频率响应函数：双质量系统车身垂直位移对路面不平度的幅频特性：6-13根据图6-17，介绍半主动悬架的控制原理。解：半主动悬架的控制原理：当采用阻尼系数分段有级变化的减振器时，悬架为半动悬架，阻尼比分段有级变化。当汽车的频率比约为1时，汽车在第一个共振峰附近工作，如通过有级阻尼可调式减振器，将阻尼比由调到，则幅频特性由的峰值（）调至的峰值（）附近，可有效降低车身的振幅，提高汽车行驶的平顺性；同理，当汽车的频率比约为10.3时，汽车在第二个共振峰附近工作，如通过有级阻尼可调式减振器，将阻尼比由调到，则幅频特性由的峰值（）调至的峰值（）附近，也可降低车身的振幅，提高汽车行驶的平顺性。6-14根据图6-18，介绍主动悬架控制弹簧的刚度降低车身振幅的原理。解：当悬架弹簧的刚度k没有降低时，汽车的频率比约为1时，汽车在的幅频特性第一个峰值附近工作，，见图6-17。如果可通过泄油将油气弹簧的刚度降低，或通过泄气将空气弹簧的刚度降低，使悬架弹簧的刚度变为，相应的车身固有频率发生了变化，频率比由约为1调到，则幅频特性由图6-17中的的幅频特性第一个峰值调至图6-18中a点的，幅频特性的值降低了1.5475，可有效地降低车身的振幅，提高汽车行驶的平顺性。6-15写出“人体—座椅”系统的人体加速度对路面不平度的幅频特性。解：“人体—座椅”系统对路面不平度的幅频特性：6-16简述“人体—座椅”系统频率的取值。解：在确定“人体—座椅”系统的振动参数时，要避开人体垂直方向最敏感的振动频率4～12.5Hz，可取“人体—座椅”系统的共振频率小于3Hz；此外，在确定“人体—座椅”系统的振动参数时，要避开车身共振的频率1.2～1.5Hz，这样，可取“人体—座椅”系统的频率约为2Hz～3Hz，避开共振峰。若将人体的减振效果考虑进去，“人体—座椅”系统的频率会高一些。6-17简述悬架弹簧的结构对汽车平顺性的影响。解：悬架弹簧通过弹簧的刚度k影响汽车的平顺性。弹簧的刚度k决定了悬架系统的固有频率，对平顺性影响最大；降低可以明显减小车身加速度；根据图6-17，改变固有频率，可改变频率比，进一步改变车身幅频特性的值，改变车身的振动及汽车的平顺性，这是改善及控制平顺性的一个基本措施；但随着降低，频率