汽車(chē)振動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，單質(zhì)量系統(tǒng)的振動(dòng)

一、振動(dòng)模型的建立

汽車(chē)的平順性分析，就是要研究汽車(chē)在路面不平度沖擊作用下的振動(dòng)情況，所有輪胎、懸架和車(chē)身各處都存在變形，這個(gè)汽車(chē)模型將非常復(fù)雜。

大部分情況下，車(chē)身左右結(jié)構(gòu)和左右車(chē)輪下的道路輸入都是對(duì)稱(chēng)的，而且路面輸入的頻率也較低，遠(yuǎn)低于車(chē)輪部分的固有頻率。在此條件下，可以將汽車(chē)的前軸或后軸部分的車(chē)身質(zhì)量單獨(dú)隔離出來(lái)，路面不平度輸入直接作用在懸架上（即“輪胎貼在路面上沒(méi)有動(dòng)變形”），就得到最基本的單質(zhì)量系統(tǒng)。這個(gè)模型雖然有一定近似性，但比較簡(jiǎn)單，得到的結(jié)論也能經(jīng)得起廣泛的試驗(yàn)驗(yàn)證，是研究汽車(chē)平順性的理論基礎(chǔ)。

在這個(gè)單質(zhì)量模型中：

K是懸架彈簧剛度；

C是減振器阻尼系數(shù)；

是車(chē)身部分質(zhì)量；

路面不平度輸入q“透過(guò)車(chē)輪”直接作用在懸架上；

引起車(chē)身部分垂直位移z。

二、單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動(dòng)

對(duì)上述單質(zhì)量模型運(yùn)用牛頓第二定律，可以得到微分方程，進(jìn)而求得懸架系統(tǒng)的兩個(gè)重要特性參數(shù)，固有頻率和阻尼比。

固有頻率，阻尼比

固有頻率和阻尼比是兩個(gè)重要參數(shù)，由公式可知其數(shù)值僅取決于懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，與路面和車(chē)速無(wú)關(guān)。

固有頻率反應(yīng)懸架裝置做自由衰減振動(dòng)時(shí)的頻率，阻尼比反應(yīng)振幅的衰減速度：

按此圖顯示，可以測(cè)出車(chē)身部分自由衰減振動(dòng)的周期和衰減速度，進(jìn)而求得固有頻率和阻尼比。

（但此圖不能直接用于汽車(chē)的平順性分析，因?yàn)槠?chē)在路上行駛時(shí)平不是做自由振動(dòng)。）

三、單質(zhì)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性

所謂頻率響應(yīng)特性，系指輸入頻率變化時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系如何變化。具體包括：

輸出、輸入的幅值比是頻率f的函數(shù)，稱(chēng)為幅頻特性。反應(yīng)輸出比輸入放大（縮?。┝硕嗌俦?。

相位差也是f的函數(shù)，稱(chēng)為相頻特性。反應(yīng)輸出比輸入導(dǎo)前（或滯后）了多少弧度。平順性分析一般不考慮相頻特性

兩者統(tǒng)稱(chēng)為頻率響應(yīng)特性。

頻率響應(yīng)特性由微分方程求得，數(shù)學(xué)分析較復(fù)雜，不作具體介紹。

頻率響應(yīng)特性也無(wú)法直接指導(dǎo)平順性分析，因?yàn)槁访孑斎氩皇侵芷谛缘?，而是隨機(jī)的。但是，我們后面會(huì)看到，頻率響應(yīng)特性，尤其是其中的幅頻特性，對(duì)于路面隨機(jī)輸入下汽車(chē)的振動(dòng)分析有很大幫助。

頻率響應(yīng)特性，完全由汽車(chē)本身決定。

四、單質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)路面隨機(jī)輸入的響應(yīng)

首先要規(guī)定平順性分析時(shí)要考慮哪些振動(dòng)響應(yīng)量。振動(dòng)響應(yīng)量也可稱(chēng)“平順性的輸出”或者“平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)”

車(chē)身加速度：這是平順性分析的首要響應(yīng)量，決定振動(dòng)的強(qiáng)弱，也就是決定乘員的舒適性。

懸架動(dòng)撓度：指的是懸架以靜平衡位置為基準(zhǔn)，受到路面不平度輸入后上下跳動(dòng)的幅度。動(dòng)撓度過(guò)大就會(huì)撞擊懸架限位塊；

車(chē)輪-地面動(dòng)載：動(dòng)載就是車(chē)輪靜載（重力）與地面法向反力（支持力）之差，也就是車(chē)輪的“合外力”。動(dòng)載越大，說(shuō)明車(chē)輪和地面間的法向作用力越小，附著力就越小，轉(zhuǎn)向和制動(dòng)能力就越弱，行駛安全性越差。

數(shù)學(xué)分析表明，在給定道路和車(chē)速的前提下，振動(dòng)響應(yīng)量的大?。ㄓ镁礁底V衡量）都與響應(yīng)量對(duì)路面不平度速度輸入的幅頻特性成正比。前文已述，幅頻特性?xún)H取決于車(chē)輛本身，與路面和車(chē)速無(wú)關(guān)。

也就是說(shuō)，單質(zhì)量系統(tǒng)平順性好壞，歸根結(jié)底取決于汽車(chē)的振動(dòng)系統(tǒng)。用前述系統(tǒng)參數(shù)表示，就是取決于固有頻率和阻尼比。

一般性的結(jié)論如下：

1.關(guān)于車(chē)身加速度：

固有頻率越低振動(dòng)越??；

在共振段，大阻尼利于減振，在高頻段小阻尼利于減振。

2.關(guān)于懸架動(dòng)撓度：

提高固有頻率和阻尼比都有利于降低動(dòng)撓度。

3.關(guān)于車(chē)輪-地面動(dòng)載：

固有頻率越低動(dòng)載越??；

在共振段，大阻尼利于降低動(dòng)載，在高頻段小阻尼利于降低動(dòng)載。

因此，為降低車(chē)身振動(dòng)加速度（和動(dòng)載），應(yīng)該降低車(chē)身部分的固有頻率，這是提高平順性的首要措施。固有頻率，所以強(qiáng)調(diào)乘坐舒適性的車(chē)，懸架彈簧都做得較軟。

對(duì)于阻尼比，在低頻段和共振段是小阻尼利于減振，而高頻段剛好相反。所以，阻尼比一般取得比較適中。一般汽車(chē)取0.2-0.4范圍。

為降低動(dòng)撓度，應(yīng)提高固有頻率和阻尼比。

針對(duì)不同車(chē)型，側(cè)重點(diǎn)不同：

轎車(chē)，路況較好，而對(duì)舒適性要求