汽车振动系统的简化.ppt

1、统的振动,思考题 如何将复杂的汽车简化成比较简单的多自由度系统？ 本节应掌握的内容 6.3.1 7、4、2、1个自由度简化模型； 6.3.2 单质量系统的自由振动； 6.3.3 单质量系统的频率响应特性； 6.3.4 单质量系统对路面随机输入的响应；,（1）7个自由度模型 悬挂（车身）质量m2 3个自由度 垂直、俯仰、侧倾 非悬挂（车轮）质量m1 4自由度 （垂直）,（2）4个自由度模型 汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数相等：x(I)=y(I)。 悬挂质量m2 2自由度（垂直、俯仰） 非悬挂质量m1 2自由度（垂直） 忽略轮胎的阻尼,4自由度振动模型车身质量的等效：,（3）2个自由

2、度模型 悬挂质量分配系数： 即，m2c=0，m2f、m2r在z方向上的运动相互独立，实际上是两个独立的双质量系统的振动。,（4）单自由度模型 车轮在低频区内5Hz以下，忽略轮胎的弹性与车轮的质量，可得到最简单的车身单质量系统。,6.3.2 车身单质量系统的自由振动,运动微分方程： 运动微分方程的解：通解特解（自由振动齐次解非齐次解） 令： 则齐次方程为： 其中固有圆频率: 阻尼比:,悬架系统阻尼比通常在0.25左右，为小阻尼，则齐次方程的解：,有阻尼自由振动时，质量m2以有阻尼固有频率 振动，其振幅按 衰减。,阻尼比对衰减振动的影响：,1与有阻尼固有频率r有关 当 时， 只比 下降了3%左右。

3、工程上，视 车身部分振动固有圆频率： （rad/s） 车身部分振动固有频率： (s-1或Hz) 即为：共振频率,=1、r=0，系统失去振荡特征。,2决定振幅的衰减程度,减幅系数,阻尼比对衰减振动的影响：,由实测的衰减振动曲线得到d,再求,6.3.3 单质量系统的频率响应特性,1、频率响应特性概念,2.频率响应特性推导,如何在双对数坐标上画出幅频特性？ （1）确定低频段、高频段的渐近线 ； （2）确定交点频率比下的幅值； (3) 确定共振时的幅值。,（1）低频段00.75， 略大于1，不呈现明显的动态特性，阻尼比对这一段的影响不大。,（2）共振段0.75, ， 出现共振峰值，将输入位移放大，加大

4、 可使共振峰明显下降。,（3）高频段 ， ， ， ，与阻尼比无关；在 时，对输入起衰减作用，阻尼比减小对减振有利。,3幅频特性分析,6.3.4 单质量系统对路面随机输入的响应,（一）用随机振动理论分析汽车平顺性 1.平顺性分析的3个振动响应量 车身加速度： （主要评价指标） 悬架动挠度： （与限位行程配合） 车轮与路面间动载： （影响车轮与路面间附着）,在进行平顺性分析时，要在路面随机输入对汽车振动系统的这3个振动响应量进行统计计算，以综合进行评价和选择悬挂系统的设计参数。,2.振动响应的功率谱密度与均方根值,振动响应的功率谱密度 与路面位移输入的功率谱密度 ,有如下简单关系：,响应x对输入q

5、的频率响应函数 的模，即幅频特性; 响应x可以是车身加速度 、悬架动挠度 、车轮与路面间的动载 ；,由于3个响应量取正、负的概率相同，故均值近似为零，所以它们的统计特征值方差等于均方值，,式中， 为标准差，均值为零时， 就等于均方根值；,2.振动响应的功率谱密度与均方根值,方差：,本章进行平顺性分析的一般方法：,路面不平度系数： 车速： 路面输入谱： 频率响应函数：,由均方根值对平顺性进行评价,重点,五、单质量系统对路面随机输入的响应,（二）车身加速度功率谱 的计算分析,位移功率谱密度,速度功率谱密度,加速度功率谱密度,位移、速度、加速度功率谱密度？,速度功率谱密度均方根值谱,斜率：图6-16

6、,车身加速度 对三种路面输入的幅频特性：,利用响应对速度输入的幅频特性，来定性分析响应的均方根值。,利用响应对路面速度输入的幅频特性，来定性分析响应的均方根值。,共振时， 结论： (1) 随固有频率的增加，共振峰幅值亦增加； (2) 随阻尼比增加，共振峰幅值减小；但在高频段，随阻尼 比增加，共振峰幅值增加；故对阻尼的取值要综合考虑。 (3) 阻尼比一般取值= 0.2-0.4较合适。,分析 和 对 的影响：,（三）车轮与地面相对动载 对 幅频特性的分析 动 载： 相对动载： 式中： 静载 结论： 对于单质量系统，相对动载 与加速度 的 幅频特性变化趋势一致，只差1/g倍。,（四）悬架动挠度 对

7、幅频特性分析 动挠度复振幅： 动挠度的频响函数： 对于单质量振动系统： 所以， 对 幅频特性：,式（6-34）,分析： 1(低频段)， ， 以+2：1斜率变化； 1(高频段)， ， 车身位移 。 1(共振段)， 小结： (1)悬架系统对车身位移而言，是将高频输入衰减的低通滤波器； (2)悬架系统对动挠度而言，是将低频输入衰减的高通滤波器； (3)高频时，车身位移z趋于零，弹簧变形与路面输入趋于相等； (4)阻尼比只在共振区起作用，且当阻尼比 =0.5时已不呈现峰值。,分析： (1) 降低 f0 ，可明显减小车身加速度 这是改善平顺性的基本措施； (2) 但f0降低 ，会使动挠度fd 增加，因限位行程fd布置受空间限制，不能太大，因此，降低固有频率f0有限。,根据不同的工作条件和不同汽车对舒适性的要求： 轿车车身部分固有频率f0较低，悬架较软，为减小车身加速度，一般取f0 =1-