四自由度汽车振动影响分析 一、汽车振动问题分析 汽车振动的分析研究是为了提高汽车平顺性，汽车平顺性是指汽车过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能。汽车平顺性是影响汽车乘坐舒适性的重要原因，而平顺性的主要就是依靠汽车减振来保证，汽车振动日益成为汽车研发和性能提高的关键所在。 在了解了汽车振动的危害之后，就需要人们研究振动问题，掌握振动机理，消除振动带来的不利影响，利用振动规律指导汽车的研发。汽车振动所要研究的问题主要有路面等级对汽车振动影响、车速对汽车振动影响、悬架参数对汽车振动影响。 二、汽车四自由度系统建模 图2.1四自由度汽车模型 考虑汽车纵向角振动时悬架对车身激振影响就必须至少将汽车振动系统简化为如图所示的一个四自由度平面振动模型。在这个振动模型中，要求车辆相对于纵垂面完全对称，并且左右车轮下的路面不平度完全一样，则认为车辆是在纵垂面上振动。把车身简化为质量为m，绕质心的转动惯量为觉得平面刚体；把前后车轴（包括轮胎）的质量简化为二个质量点m1，m2；前后悬架刚度为左右两侧刚度之和用k1，k2表示，而前后悬架减震器的阻尼系数为左右两侧之和用c1，c2表示：kt1和kt2为轮胎刚度，ct1，ct2为轮胎阻尼，它们也为两侧之和。
为了研究悬架与车身连接点处悬架振动对车身的激励，必须首先列出整个振系的振动微分方程组。为此根据分析动力学中的粘滞阻尼力的拉格朗日方程： . ..Z Z Z Z R U T T dt d ??- =??+??-? ??? ? ????)1.2( 式中：T ——振动系统的总动能； U ——振动系统的总位能； R ——振动系统的总耗散函数； 对四自由度平面振动模型其总动能为： 2.2 22.112.2.2 1 212121z m z m J z m T +++=θ)2.2( 总位能为： 22222111222211)(21 )(21)(21)(21q z k q z k z b z k z a z k U t t -+-+-++--= θθ )3.2( 总耗散能为： 2 .2.222 .1.112...22...1)(21)(21)(21)(21q z c q z c z b z c z a z c R t t -+-+--+--=θθ )4.2( 将三式代入拉格朗日方程求出系统振动的微分方程组整理成矩形式为： . . .. Q C Q K KZ Z C Z M t t +=++)5.2( 其中： ?? ??? ?? ?? ???=2100 0000000000m m J m M ?? ??? ?? ?????+--+--++---+-+=2222 1 111212 2 2121 21212 10 0t t k k b k k k k a k k b k a k b k a k b k a k k k b k a k k k K
关于汽车的振动的分析 汽车振动系统是由多个子系统组成的具有质量、弹簧和阻尼的复杂的振动系统。汽车振动源主要有：路面和非路面对悬架的作用、发动机运动件的不平衡旋转和往复运动、曲轴的变动气体负荷、气门组惯性力和弹性力、变速器啮合齿轮副的负荷作用、传动轴等速万向节的变动力矩等。 在汽车工程中,多数振动是连续扰动力,而其他一些则是汽车承受的冲击力和短时间的瞬态振动力。振动又可分为周期性的和随机性的,发动机旋转质量的不平衡转动是周期振动的典型例子,而随机振动主要是由路面不平引起的。所有质量--弹性系统都有自己的固有频率,如果作用于系统的干扰频率接近振动系统的固有频率,就会发生共振现象。因此即使自身具有抗干扰能力的系统,装配到汽车上时仍有可能产生振动问题,这就要求在设计阶段准确建立系统模型及运动方程,分析自由振动特性和受迫振动响应,研究控制振动的方法。 汽车振动按照频率范围可分为： 1、影响行驶平顺性的低频振动：它产生的主要振源由于路面不平度激励使得汽车非悬挂质量共振和发动机低频刚体振动，从而引起悬架上过大的振动和人体座椅系统的共振造成人体的不舒适，其敏感频率主要在1-8Hz(最新的研究表明：当考虑人体不同方向的响应时可到16Hz)。对于乘员其评价指标一般是：针对载货汽车的疲劳降低工效界限和针对乘用汽车的疲劳降低舒适界限，或直接采用人体加权加速度均方根值进行评价；对于货物其评价指标是：车箱典型部位的均方根加速度。由于该指标于人体生理主观反映密切相关，因此试验和评价往往采用测试和主观评价相结
合。 2、车身结构振动和低频噪声：大的车身结构振动，不仅引起自身结构的疲劳损坏，而且更是车内低频结构辐射噪声源。其频率主要分布在20—80Hz 的频带内。由两方面引起：(1)激励源；主要有：道路激励、动力传动系统尤其是动力不平衡和燃烧所产生的各阶激励、空气动力激励；(2)车身结构和主要激励源系统的结构动力特性匹配不合理引起的路径传递放大。当前对于低频结构振动和噪声分析研究的方法有：计算预测分析，(1)基于有限元方法通过建立结构动力学模型取得结构固有振动模态参数对结构动力学特性进行评价，通过试验载荷分析得到振动激励并结合结构动力学模型计算振动响应；(2)基于有限元和边界元的系统声学特性计算和声响应计算。试验分析：(1)各种结构振动和声学系统的导纳测量和模态分析；(2)基于实际运行响应的工作振型分析；(3)基于机械和声学导纳测量的声学寄予率分析； 3、各种操纵机构的振动：操纵机构的振动主要是因为其安装吊挂刚度偏低或自身结构动力特性不当或车身振动过大而产生，它不仅容易使驾驶者疲劳严重时可能使操纵失控。对于这些振动各企业都有相应得评价和限值规定。最为典型的是方向盘(线性)振动(转向管柱振动)，其产生的主要原因是方向盘及管柱安装总成与车身振动或其它激励源发生共振；另一重要的振动现象是行驶过程中的方向盘旋转振动(即：方向盘及转向轮摆振)。其产生的原因是：行驶过程中转向轮的跳动与自身的转动而产生的陀螺效应引起转向轮的波动并被转向结构放大从而引起方向盘旋转振动。 4、空气声：车内空气声是由于隔声吸声措施不当从而使得动力传动
中国汽车工程学会2003学术年会 SAE-C2003P050 231 汽车振动分析的试验研究 朱用国 东风汽车工程研究院 [摘要] 本文通过对某三吨车的整车振动分析，说明了如何利用汽车各结构总成的固有频率及振动传递环节的频率分析来解决汽车实际出现的问题。 关键词：频率振动分析功率谱传递环节 １ 前言 汽车在行驶过程中会出现各种各样的问题，有可靠性的问题，也有乘坐舒适性的问题等，这些问题大都和振动有关，如何通过振动分析测试来解决这些问题就变得很关键。而汽车的振动问题表现在各结构的振动传递，其振动传递特性可以通过频率分析来说明，本文通过对某3吨车的振动分析测试来说明如何利用频率分析来解决此类问题。 ２ 试验过程 某3吨车整车振动较大，乘员的乘坐舒适性较差；在该车的可靠性试验中，其前保险杠在支撑点（保险杆与车架相连处）附近开裂较频繁。因此对该车进行平顺性试验、悬架固有频率测试、汽车车架模态分析、汽车动力传动系模态试验、发动机振动测试、前保险杠模态试验，以对其从频率成分上进行振动分析。 ３ 试验分析 ３．１ 平顺性分析 ３．１．１ 试验结果 通过汽车平顺性试验，验证出此车平顺性较差。 ３．１．２ 分析 由悬架固有频率试验得出该车的前悬挂偏频为2.7Hz，后悬挂偏频为2.82Hz，过高的偏频值说明汽车的前后悬挂系统的刚度较大，汽车悬挂上质量振动过大，致使汽车的平顺性降低。 由于此车的悬挂系统基本上采用的是五吨车的悬挂系统，而汽车的额定载荷却只有3吨，这造成该车的悬挂刚度相对过大。这是该车悬挂偏频较大的原因。 由动力传动系统弯曲模态试验结果可知，该车动力传动系的第一阶弯曲模态频率为44.07Hz，其值偏低，即该车动力传动系的弯曲刚度较低；由于该车发动机的额定转速为2800r/min，其对应的频率为46.7Hz，大于动力传动系的第一阶弯曲模态频率，这使得在发动机工作转速范围内（较高转速上）将出现共振。从发动机振动试验结果得出，该车发动机在2500r/min左右的转速时有共振出现，尽管发动机本身的振动不大，但由于其悬置的隔振性能较差，致使车架的振动较大，从而降低汽车的平顺性。 由上面的分析可得出，影响此车平顺性的因素主要为： 1）汽车前后悬挂系统的刚度较大。 2）动力传动系的弯曲刚度偏低，发动机高转速时，动力传动系易产生弯曲共振，又由于发动机悬置隔振性能差，从而导致汽车振动较大。
1、 方波振动信号的谐波分析，00,02(),2T x t x t T x t T ?<
相位频谱图 1tan 0,1,3,5 n n n a n b φ-? ?===?????? ??? 2、 求周期性矩形脉冲波的复数形式的傅立叶级数，绘频谱图。
解： 数学表达式： 计算三要素： 傅立叶级数复数形式： 频谱图 0000,0sin ,0,n x t n T A x n t n n n T ππ?=??=??≠-∞<<∞?? ()?????????≤≤≤≤--≤≤-=22022220 00000T t t t t t x t t T t x 偶函数 T x t a 0002=2sin 2010t n n x a n ωπ?=0=n b 2sin 22010t n n x a ib a X n n n n ωπ?==-=()2sin 110 1012 /2/02/2/102/2 /02/2/010********t n n x t in e e T x t in e T x dt e x T dt e t x T X t in t in t t t in t in t t t in T T n ωπωωωωωωω?=--?=-?=??=??=-------??T t x t n n x X n 00010002sin lim =?=→ωπ()∑ ∑∞-∞=∞-∞ ===n t in n t in n e n t n x e X t x 112sin 010ωωωπ
研究生试卷 2013 年—2014年度第2 学期 评分：______________________ 课程名称：振动理论 专业：车辆工程 年级：2013级 任课教师：李伟 研究生姓名：王荣 学号：2130940008 注意事项 1.答题必须写清题号； 2.字迹要清楚，保持卷面清洁； 3.试题随试卷交回； 4.考试课按百分制评分，考查课可按五级分制评分； 5.阅完卷后，授课教师一周内将成绩在网上登记并打印签名后，送研究生部备案； 6.试题、试卷请授课教师保留三年被查。
《汽车振动分析》总结 王荣 （重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆 400074） 摘要：本课程由浅入深、循序渐进，从单自由度系统的简单问题逐渐加深到多自由度的分析，甚至是无限自由度系统,并从简单激励的振系逐渐推广到随机激振振系。作为汽车理论及汽车设计等课程的基础，其对于分析汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性、发动机的减振和隔离等具有良好的参考价值。 关键词：单自由度；多自由度；简单激振；随机激振 The Conclusion of “Automotive Vibration Analysis” Abstract: The course progressively, step by step, gradually discusses from the simple question of a single degree of freedom system to the analysis of a multi-degree of freedom system, even to the analysis of the infinite degree of freedom system. In addition, the course extends from simple energized vibration system to random energized vibration system. As the basis of Vehicle Theory and Vehicle Design, this course has direct reference value for the analysis of vehicle ride, comfort of passenger, engine vibration damping and isolation. Keywords：Single-Degree-of-Freedom; Multi-Degree-of-Freedom; Simple Energized Vibration System ;Random Energized Vibration System 0 引言 随着科学技术的日新月异和人民生活水平的日益提高，人们对汽车的动态性能，例如：汽车行驶的舒适性，操纵的稳定性，车内噪声水平及音质等等——提出了愈来愈高的要求。因而汽车的动态分析和设计方法已日益成为产品研究和幵发的重要手段。我国进入WTO以后，汽车的自主开发更是提到了议事日程上来。要提高我国汽车自主开发能力，开发出具有自主知识产权的汽车产品，就必须从基本原理出发进行大貴的汽车动态特性的分和研究。随着汽车向高速化和轻质化方向发展，振动噪声问题口益突出，人们对报动噪声的控制要求也越来越严格。因此，振动分析理论越来越受到重视。 本书的重点章节共6章：第1章，概论；第2章，单自由度系统的振动；第3章，二自由度系统的振动；第4章，多自由度系统的振动；第6章，连续系统振动分析；第8章，随机振动概述。