第六章 汽车平顺性1.ppt

1、汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,第六章 汽车的平顺性,“路面-汽车-人”系统与汽车的平顺性,汽车的平顺性评价指标,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,第六章 汽车的平顺性,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价 6-2 路面不平度的统计特性 6-3 汽车振动系统的简化和单质量系统 6-4 车身与车轮双质量系统的振动 6-5 双轴汽车的振动 6-6 “人体-座椅”系统的振动,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,1ISO26311：1997(E)简介,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,1ISO26311：1997

2、(E)简介 在进行舒适性评价时，该标准除了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。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,1ISO26311：1997(E)简介,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,由表6-1上各轴向的轴加权系数可以看出: （1） 椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数k=1，是12个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的轴加权系数均小于0.8。 （2）另外IS026311：1997(E)

3、标准还规定，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑xs、ys、zs这三个轴向，且xs、ys两个水平轴向的轴加权系数取k1.4，比垂直轴向更敏感。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,（3）标准还规定座椅靠背水平轴向xb、yb可以由椅面xs、ys水平轴向代替，此时轴加权系数取k=1.4。 （4）因此，我国在修订的相应标准GBT4970-1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法时，评价汽车平顺性就考虑椅面xs、ys、zs这三个轴向。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,人体敏感频率范围 椅面垂直轴向zs的频率加权函数最敏感

4、频率范围标准规定为412.5Hz。 椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数 最敏感频率范围为0.52Hz 大约在3Hz以下，水平振动比垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。,4-8Hz:人的内脏器官产生共振 8-12.5Hz:对人的脊椎系统影响很大,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,IS026311：1997(E)标准规定，当振动波形峰值系数9(峰值系数是加权加速度时间历程aw(t)的峰值与加权加速度均方根值aw的比值)时，用基本的评价方法加权加速度均方根值来评价振动对人体舒适和健康的影响

5、。根据测量，各种汽车包括越野汽车，在正常行驶工况下对这一方法均适用。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,基本的评价方法 用基本的评价方法来评价时，先计算各轴向加权加速度均方根值。具体有两种计算方法 1. 对记录的加速度时间历程a(t)，通过相应频率加权函数w(f)的滤波网络得到加权加速度时间历程aw(t)，按下式计算加权加速度均方根值 式中，T-振动的分析时间，一般取120 S。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,基本的评价方法 频率加权函数w(f)(渐进线)可用右侧公式

6、表示，式中频率f的单位为Hz,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,基本的评价方法 2. 对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析得到功率谱密度函数 ，按下式计算 3.当同时考虑椅面xs、ys和zs这三个轴向振动时，三个轴向的总加权加速度均方根值按下式计算,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,基本的评价方法 4.有些“人体振动测量仪”采用加权振级Law，它与加权加速度均方根值aw换算，按下式进行 式中，a0为参考加速度均方根值，a0=10-6ms-2 表62给出了加权振级La

7、w和加权加速度均方根值aw与人的主观感觉之间的关系。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,基本的评价方法,2平顺性的评价方法,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价,2平顺性的评价方法,辅助评价方法 当峰值系数9时，IS02631-1：1997(E)标准规定用均4次方限值的方法来评价，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为,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性,空间频率,参考空间频率，0.1 m-1,路面不平度系

8、数,频率指数,一、路面不平度的功率谱密度,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性,一、路面不平度的功率谱密度,路面不平度8级分类标准,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性,一、路面不平度的功率谱密度,影线面积为原联邦德国1983年公路路面谱分布范围,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱,e.g.,则,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱,结论：时间频率或其带宽分别与空间频率或其带宽成正比，比例系数就是车速。,“

9、功率”相等,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱,车速一定时为常数,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性二、空间频率功率谱转化为时间频率功率谱,路面不平度功率谱密度,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性三、路面对四轮汽车的输入功率谱密度,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-2 路面不平度的统计特性三、路面对四轮汽车的输入功率谱密度,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,一、汽车振动系统的简化,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动

10、单质量系统,一、汽车振动系统的简化,七自由度汽车振动系统,四自由度汽车振动系统,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,一、汽车振动系统的简化,悬挂质量的动力学等效,总质量保持不变,质心位置不变,纵垂面内转动惯量保持不变,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,一、汽车振动系统的简化,令,悬挂质量分配系数,若,则,前、后悬挂质量的垂向运动相互独立，汽车振动系统简化为两个独立的单质量系统。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,一、汽车振动系统的简化,两点说明： 大部分汽车的悬挂质量分配系数在0.8与1.2之间； 在远离车

11、轮部分固有频率的较低激振频率范围，轮胎变形很小，忽略其弹性与车轮质量。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,二、单质量系统的自由振动,运动方程,或,齐次方程,或,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,二、单质量系统的自由振动,运动方程,令,则,系统固有频率,阻尼,相对阻尼系数,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,二、单质量系统的自由振动,齐次方程,的解,（小阻尼情况下 ）,则,若,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,二、单质量系统的自由振动,阻尼比对自由振动的影响,（1）,（2）,汽车

12、理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,运动方程,令,则,代入运动方程得,再令,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,所以,记,则,频率响应函数,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,频率响应函数是频率 的复函数，其模表示输出谐量与输入谐量的振幅之比，而其相角表示它们的相位差。前者称为幅频特性，后者称为相频特性。二者合称为频率响应特性（简称频响特性）。,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,频率响应函数的物理意义,幅频特性,相频特性,频率响应特性,汽车理论 北京航空航天大

13、学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,频率响应特性举例,相角滞后30,振幅之比为25/20，即1.25,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,频率响应函数的另一种表示,则,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,按照定义，复振幅之比 就是频率响应函数,（双对数坐标）,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,幅频响应特性曲线的快速画法,确定低频段和高频段的渐近线 确定上述两渐近线的交点 确定交点频率比下的幅值,汽车理论 北京航空航天

14、大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,三、单质量系统的频率响应特性,关于幅频特性的讨论,低频段 共振段 高频段,低频段,高频段,共振段,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,车身加速度 （影响平顺性和乘坐舒适性） 悬架弹簧的动挠度 （与设计空间有关，间接影响平顺性和乘坐舒适性） 路面与车轮间的动载 （反映安全性）,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,平顺性分析的振动响应量,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,振动响应量的功率谱密度与均方根值,（线性系统、单输入条件下）,均方值,方差,均值为0时：,汽车

15、理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,振动响应量的概率分布与标准差的关系,正态分布情况下，落在 以外的概率,汽车振动响应量的标准差、界限值和概率三者之间，任知两个即可求出第三个。,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,振动响应量的概率分布与标准差的关系,例1 要求车身加速度 超过1g的概率 ，求车身加速度的标准差 。,例2 某一汽车悬架弹簧动挠度 的标准差 ，现要求动挠度超过限位行程 ，即撞击限位的概率 ，求 。,例3 已知 ，求车轮跳离地面的概率。,汽车理论 北京航空航天大

16、学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,车身加速度功率谱密度的计算分析,因路面不平度速度谱密度为常数，此式最方便,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,车身加速度功率谱密度的计算分析(续),汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,车身加速度均方根值谱的计算,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,车身加速度功率谱密度的计算分析(续),汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6-3 汽车振动单质量系统,四、单质量系统对路面随机输入的响应,车轮与路面间相对动载 的计算分析,振动系统参数对动载的影响与对车身加速度的影响相同。 注意：该结论是在单质量系统下获得的，是否具有普遍性还需用更复杂的模型进一步分析。,静平衡位置,汽车理论 北京航空航天大学 丁能根,6