汽車振動與噪聲平順性1第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日第5章汽車平順性5.1平順性的定義5.3道路不平度統(tǒng)計(jì)特性5.4平順性分析5.2人體反應(yīng)與平順性評價5.5影響汽車平順性的結(jié)構(gòu)因素2第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日5.1平順性的定義

平順性是指保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環(huán)境具有一定舒適程度和保持貨物完好的性能。

振動影響人的舒適性、工作效能、身體健康，影響貨物的完整性以及零部件的性能和壽命。平順性研究的目的是有效控制汽車振動的傳遞，使振動系統(tǒng)在給定“輸入”的“輸出”不超過一定的界限。輸入●路面不平●車速汽車振動系統(tǒng)●輪胎、懸架、車身●座椅及人體系統(tǒng)●質(zhì)量、彈簧、阻尼輸出●車身傳至人體的加速度●懸架動撓度●車輪動載荷評價指標(biāo)●加權(quán)加速度均方根值●撞擊懸架限位概率●行駛安全性3第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日人體對振動的反應(yīng)垂直方向4～8Hz水平方向1～2Hz人體最敏感傳至人體的振動加速度人體對水平方向的振動比垂直方向更敏感心理生理客觀因素主觀因素持續(xù)時間強(qiáng)度作用方向頻率5.２人體反應(yīng)與平順性評價無感覺稍有感覺有感覺強(qiáng)烈感覺非常強(qiáng)烈感覺5.2.1人體對振動的反應(yīng)4第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日5.２人體反應(yīng)與平順性評價

ISO2631標(biāo)準(zhǔn)用加速度均方根值給出在1~80Hz振動頻率范圍內(nèi)人體對振動反應(yīng)的三個不同界限。(1)暴露極限。當(dāng)人體承受的振動強(qiáng)度在這個極限之內(nèi)，將保持健康或安全。通常把此極限作為人體可以承受振動量的上限。(2)疲勞－功效降低界限。這個界限與保持工作效能有關(guān)。當(dāng)駕駛員承受的振動強(qiáng)度在此界限之內(nèi)時，能準(zhǔn)確靈敏地反應(yīng)，正常地進(jìn)行駕駛。(3)舒適降低界限。此界限與保持舒適有關(guān)，在這個界限之內(nèi)，人體對所暴露的振動環(huán)境主觀感覺良好，能順利完成讀、寫等工作。5.2.1人體對振動的反應(yīng)5第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日疲勞工效降低界限5.２人體反應(yīng)與平順性評價5.2.1人體對振動的反應(yīng)6第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日5.２人體反應(yīng)與平順性評價5.2.1人體對振動的反應(yīng)“疲勞－工效降低界限”的振動加速度允許值的大小與振動頻率、振動作用方向和暴露時間三個因素有關(guān)：

(1)振動頻率。對垂直振動，乘員敏感的頻率范圍為4~8Hz，對水平振動，乘員敏感的頻率范圍為1~2Hz。

(2)振動作用方向。垂直振動與水平振動的“疲勞工效降低界限”不一樣，同一暴露時間下，頻率在3.15Hz以下時容易感受到水平振動；高于此頻率時，對垂直振動更敏感。

(3)暴露時間。人體達(dá)到一定反應(yīng)的界限，都是由人體感覺到的振動強(qiáng)度大小和暴露時間長短兩者綜合的結(jié)果。7第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日

在進(jìn)行舒適性評價時，除了考慮座椅支撐面處輸入點(diǎn)3個方向的線振動，還考慮該點(diǎn)3個方向的角振動，以及座椅靠背和腳支撐面兩個輸入點(diǎn)各3個方向的線振動，共3個輸入點(diǎn)12個軸向的振動。5.２人體反應(yīng)與平順性評價5.2.2平順性評價指標(biāo)8第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日1.基本評價法(1)計(jì)算各軸向加權(quán)加速度均方根值aw1）濾波網(wǎng)絡(luò)法將測得的

通過相應(yīng)的頻率加權(quán)函數(shù)

的濾波網(wǎng)絡(luò)，得到加權(quán)加速度時間歷程

。2）頻譜分析法

對

進(jìn)行頻譜分析，得到功率譜密度函數(shù)

。5.２人體反應(yīng)與平順性評價5.2.2平順性評價指標(biāo)9第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日(2)三個方向總加權(quán)加速度均方根值(3)總加權(quán)振級Lawa0—參考加速度均方根值，。5.２人體反應(yīng)與平順性評價5.2.2平順性評價指標(biāo)10第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日2.輔助評價法當(dāng)峰值系數(shù)>9時，ISO2631-1:1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用加權(quán)加速度4次方根值評價。它能更好地估計(jì)偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數(shù)振動對人體的影響。此時采用輔助評價方法——

振動劑量值。5.２人體反應(yīng)與平順性評價5.2.2平順性評價指標(biāo)11第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.1路面譜路面不平度函數(shù)路面相對基準(zhǔn)平面的高度q，沿道路走向長度I的變化q（I）稱為路面不平度函數(shù)。用水準(zhǔn)儀或路面計(jì)可以得到路面不平度函數(shù)。12第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日n—空間頻率（m-1），表示每米長度包括幾個波長；n0—參考空間頻率，n0=0.1m-1；W—頻率指數(shù)。5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.1路面譜路面不平度的功率譜密度

的擬合公式

—

參考空間頻率下的路面功率譜密度，也稱路面不平度系數(shù)；13第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日路面等級Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）σq

/(10-3m)0.011m-1<n<2.83m-1

幾何平均值幾何平均值A(chǔ)163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65536243.61H262144487.22路面不平度8級分類標(biāo)準(zhǔn)5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.1路面譜14第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日路面不平度分級圖5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.1路面譜15第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日速度功率譜密度和加速度功率譜密度速度功率譜密度加速度功率譜密度當(dāng)W=2時與n無關(guān)——“白噪聲”5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.1路面譜16第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日空間頻率功率譜密度

化為時間頻率功率譜密度

當(dāng)空間頻率n

一定時，時間頻率f

隨車速成正比變化。車速5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

當(dāng)

時，有：17第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度18第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日汽車有四個輸入的振動傳遞時，要掌握四個車輪輸入的自譜和四個車輪彼此間的互譜，共16個譜量

，其中12個譜量兩兩共軛。5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度19第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日左、右輪跡間的互譜可以表示為兩個輪跡的相關(guān)函數(shù)為5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度當(dāng)兩個輪跡x（I）、y（I）的統(tǒng)計(jì)特性相同，即且相位譜時20第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日路面對四輪汽車輸入的譜矩陣最后可以表示為5.3道路路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性5.3.2四輪輸入的功率譜密度21第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日

車身質(zhì)量有垂直、俯仰、側(cè)傾3個自由度，4個車輪質(zhì)量有4個垂直自由度，整車共7個自由度。5.4平順性分析5.4.1平順性分析模型

當(dāng)汽車對稱于其縱軸線，且左右車轍不平度函數(shù)，并忽略輪胎阻尼后，汽車立體模型可簡化為平面模型。22第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日1）總質(zhì)量保持不變2）質(zhì)心位置不變3）轉(zhuǎn)動慣量保持不變簡化前后應(yīng)滿足以下三個條件解得把質(zhì)量為m2的車身按動力學(xué)等效分解為前軸、后軸和質(zhì)心上的三個集中質(zhì)量。5.4平順性分析5.4.1平順性分析模型令—懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。23第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日

對于大部分汽車，

=0.8～1.2，即接近1。當(dāng)

=1時5.4平順性分析5.4.1平順性分析模型24第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日在

=1的情況下，前、后軸上方車身部分的集中質(zhì)量m2f、m2r在垂直方向的運(yùn)動是相互獨(dú)立的。雙軸汽車模型可以簡化為車身、車輪兩個自由度振動系統(tǒng)模型。5.4平順性分析5.4.1平順性分析模型25第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日車輪部分的固有頻率為10~16Hz，如果激振頻率（即5Hz以下）遠(yuǎn)離車輪固有頻率，輪胎的動變形很小，可忽略車輪質(zhì)量和輪胎的彈性，從而得到車身單質(zhì)量系統(tǒng)模型。5.4平順性分析5.4.1平順性分析模型26第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日5.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析27第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日幅頻特性曲線0.1110頻率比λ=ω/ω010lg|z/q|-101-1lgλ0.11|z/q|10-2:1-1:1單質(zhì)量系統(tǒng)位移輸入與位移輸出的幅頻特性5.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析28第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日車身加速度的功率譜密度的計(jì)算分析路面輸入除采用外，還可以采用和。相應(yīng)地，幅頻特性要采用和。5.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析29第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日21101000.1110激振頻率f/Hzζ=0.25ζ=0.5f0=1Hzf0=2Hz5.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析單質(zhì)量系統(tǒng)車身加速度均方根譜與固有頻率成正比。30第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日車輪與路面間的相對動載

對的幅頻特性

對單質(zhì)量振動系統(tǒng)，

與只相差系數(shù)1/g，因此ω0和ζ對幅頻特性的影響與幅頻特性的影響，從變化趨勢上講完全一樣。5.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析31第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日懸架彈簧的動撓度

對幅頻特性的分析5.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析32第三十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日2:10:11:1-1:15.4平順性分析5.4.2單質(zhì)量系統(tǒng)平順性分析單質(zhì)量系統(tǒng)動撓度的均方根譜與固有頻率和阻尼比成反比。33第三十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日無阻尼自由振動時如