汽车理论课件汽车平顺性试验和数据处理
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发动机原理与汽车理论模块9 汽车的平顺性
汽车悬架系统阻尼比 的数值通常在0.25左右， 属于小阻尼，此时微分方程的解为
这个解说明，有阻尼自由振动时，质量 m2 以有 阻尼固有频率 r 02 n2 振动，其振幅按ent 衰 减
阻尼比对衰减振动有两方面影响
（1）与有阻尼固有频率 r 有关
（2）决定振幅的衰减程度
第三节汽车平顺性的主要影响因素
把汽车车身质量看作为刚体的立体模型。车轮在经过 具有一定弹性和阻尼的轮胎支承在不平的路面上。这 一立体模型，车身质量在讨论平顺性时主要考虑垂直、 俯仰、侧倾3个自由度，4个车轮质量有4个自由度， 共7个自由度。
当汽车对称于其纵轴线，且左、 右车辙的不平度函数 x(I ) y(I )
此时汽车车身只有垂直振动 z和
，称为悬挂质量分配系数。
ab
二、单质量系统的自由振动
分析车身振动的单质量系统模 型，它由车身质量 和弹簧刚 度 、减振器阻尼系数为 的 悬架组成。是输入的路面不平 度函数。
车身垂直位移坐标 z 的原点取
在静力平衡位置，根据牛顿第 二定律，得到描述系统运动的 微分方程为
此方程的解由自由振动齐次方程的解与非齐次 方程特解之和组成。
悬架结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影 响汽车平顺性的重要因素。
一 悬架结构 悬架结构主要指弹性元件、导向装置与减振装 置，其中弹性元件与悬架系统的阻尼对平顺性影 响较大。 二 轮胎 轮胎由于本身的弹性，在很大程度上吸收了因 路面不平所产生的振动，因此它和悬架系统共同 保证了汽车的平顺性。 三 悬挂质量 减少非悬挂质量，可以减少传给车身上的冲击 力。
复习思考题 1、评价汽车行驶平顺性的方法有哪些？ 2、人对振动的三种不同的感觉界限是如何划分的? 3、什么情况下易于采用变刚度悬架？为什么？
这个解说明，有阻尼自由振动时，质量 m2 以有 阻尼固有频率 r 02 n2 振动，其振幅按ent 衰 减
阻尼比对衰减振动有两方面影响
（1）与有阻尼固有频率 r 有关
（2）决定振幅的衰减程度
第三节汽车平顺性的主要影响因素
把汽车车身质量看作为刚体的立体模型。车轮在经过 具有一定弹性和阻尼的轮胎支承在不平的路面上。这 一立体模型，车身质量在讨论平顺性时主要考虑垂直、 俯仰、侧倾3个自由度，4个车轮质量有4个自由度， 共7个自由度。
当汽车对称于其纵轴线，且左、 右车辙的不平度函数 x(I ) y(I )
此时汽车车身只有垂直振动 z和
，称为悬挂质量分配系数。
ab
二、单质量系统的自由振动
分析车身振动的单质量系统模 型，它由车身质量 和弹簧刚 度 、减振器阻尼系数为 的 悬架组成。是输入的路面不平 度函数。
车身垂直位移坐标 z 的原点取
在静力平衡位置，根据牛顿第 二定律，得到描述系统运动的 微分方程为
此方程的解由自由振动齐次方程的解与非齐次 方程特解之和组成。
悬架结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影 响汽车平顺性的重要因素。
一 悬架结构 悬架结构主要指弹性元件、导向装置与减振装 置，其中弹性元件与悬架系统的阻尼对平顺性影 响较大。 二 轮胎 轮胎由于本身的弹性，在很大程度上吸收了因 路面不平所产生的振动，因此它和悬架系统共同 保证了汽车的平顺性。 三 悬挂质量 减少非悬挂质量，可以减少传给车身上的冲击 力。
复习思考题 1、评价汽车行驶平顺性的方法有哪些？ 2、人对振动的三种不同的感觉界限是如何划分的? 3、什么情况下易于采用变刚度悬架？为什么？
汽车理论课件第六章汽车的平顺性
生物力学评价法
总结词
生物力学评价法是通过研究人体对振动的反应来评价汽车的平顺性，主要关注人体对振动的感知和影 响。
详细描述
生物力学评价法结合了生物学、医学和工程学的知识，通过研究人体对振动的生理反应和心理感受， 评估汽车平顺性对乘客健康和舒适度的影响。这种方法能够更深入地了解人体对振动的敏感性和适应 性，为汽车平顺性的优化提供更有针对性的建议。
合理调整汽车的行驶状态也可以改善汽车的 平顺性。
详细描述
驾驶员可以通过合理控制车速、保持稳定的 车距和行驶轨迹等措施，降低车辆在行驶过 程中受到的外部干扰，从而提高汽车的平顺 性。此外，智能驾驶技术的不断发展也为行 驶状态的自动调整提供了更多可能性，未来 可以通过智能算法自动调整车辆参数和行驶
状态，实现更加舒适的驾驶体验。
平顺性与交通事故风险
交通事故风险
研究表明，车辆的平顺性对交通事故风险有显著影响。平顺性差的 车辆可能导致驾驶员和乘客受伤的风险增加。
平顺性与安全带使用
在颠簸的路面上，安全带能够提供额外的保护，减少因碰撞产生的 伤害。
安全驾驶习惯
除了选择具有良好平顺性的车辆外，驾驶员还应养成安全驾驶习惯， 如保持车距、注意观察路况等，以降低交通事故风险。
重要性
良好的平顺性可以提高乘客和驾驶员 的舒适度，降低由于振动和冲击引起 的疲劳、晕车等问题，同时也有助于 保护车辆部件，延长车辆使用寿命。
平顺性研究的历史与发展
历史
平顺性的研究始于20世纪初，随着汽车工业的发展和人们对舒适度的要求不断 提高，平顺性的研究逐渐受到重视。
发展
近年来，随着计算机技术和测试技术的发展，平顺性的研究得到了更深入的探 讨和应用。现代汽车理论课件中，平顺性的研究和应用已经成为一个重要的章 节。
汽车理论第六章汽车的平顺性
➢只考虑 xs、ys、zs 这三 个轴向振动，且xs、 ys 两
个水平轴向的轴加权系数
取 k=1.4。
➢靠背水平轴向 xb、yb 可以由椅面水平轴向 xs、ys
代替，此时轴加权系数取
k=1.4。
➢我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面 xs、ys、zs
三个轴向振动。
12
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
第二节 路面不平度的统计特性
对上式的等 式两边取对数 后作图，得到 速度功率谱密 度。
u
Gq(n0)
34
第二节 路面不平度的统计特性
对上式的等 式两边取对数 后作图，得到 加速度功率谱 密度。
u Gq(n0)
35
第二节 路面不平度的统计特性
本节内容结束 下一节
36
汽车理论
第四十一讲
主讲教师：杨志华
评价指标 加权加速度均方根值 撞击悬架限位的概率
行驶安全性
4
第六章 汽车的平顺性
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢本节将学习人体对振动的反应、人体坐 姿受振模型、平顺性的评价方法等。
返回目录 5
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
人体对振动的反应
主观因素 心理 生理
频率
各轴向的频率加权函数（渐近线）
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
wd
f
1 2 /
f
(0.5Hz f 2Hz)
2Hz f 80Hz
wc
汽车理论第6章 汽车的平顺性2016
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
16
a(t)
aw(t)
加权函数w(f )的滤波网络 根据IS02631-1:1997(E)设定系数
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
四、平顺性的评价方法
(一)基本的评价方法
2. 对记录的加速度时间历程 间 程a(t)进行频谱分 行 谱 析得到功率谱密度函数 Ga f
汽车理论 Automotive theory
第六章
汽车的平顺性
内容概要
平顺性的基本概念 路面不平度输入 人体对振动的反应以及平顺性评价方法 平顺性研究基本方法、两自由度振动系 平顺性研究基本方法 两自由度振动系 统 主动悬架（了解）
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
11
靠背
脚
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
三、人体对振动的反应
人体对不同频率的振动敏感程度不同 1.
zs 最敏感的频率范围是4～12.5Hz
在4～8Hz频率范围，人的内脏器官产生共振 频率范围 人的内脏器官产生共振 8～12.5Hz频率范围，对人的脊椎系统影响很大
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
wi是功率谱密度为0.1的 白噪声 （Simulink Si i 中的缺省值）
7
二、路面不平度输入
nc =0.01(cycle/m)，车速为20m/s
10 10 10 10 10 10 10
-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8
评价方法： 评价方法
根据乘员舒适程度评价
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
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a(t)
aw(t)
加权函数w(f )的滤波网络 根据IS02631-1:1997(E)设定系数
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
四、平顺性的评价方法
(一)基本的评价方法
2. 对记录的加速度时间历程 间 程a(t)进行频谱分 行 谱 析得到功率谱密度函数 Ga f
汽车理论 Automotive theory
第六章
汽车的平顺性
内容概要
平顺性的基本概念 路面不平度输入 人体对振动的反应以及平顺性评价方法 平顺性研究基本方法、两自由度振动系 平顺性研究基本方法 两自由度振动系 统 主动悬架（了解）
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
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靠背
脚
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
三、人体对振动的反应
人体对不同频率的振动敏感程度不同 1.
zs 最敏感的频率范围是4～12.5Hz
在4～8Hz频率范围，人的内脏器官产生共振 频率范围 人的内脏器官产生共振 8～12.5Hz频率范围，对人的脊椎系统影响很大
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
wi是功率谱密度为0.1的 白噪声 （Simulink Si i 中的缺省值）
7
二、路面不平度输入
nc =0.01(cycle/m)，车速为20m/s
10 10 10 10 10 10 10
-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8
评价方法： 评价方法
根据乘员舒适程度评价
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
4
汽车理论课件 第六章 汽车的平顺性 第三节 汽车振动系统的简化,单质量系统的振动
H jz~q
z q
K jC m2 2 K jC
即，可以由微分方程写出频率响应函数。
19
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
2.幅频特性 H j z~q
频率比 / 0
0 K / m2
阻尼比 C / 2 Km2
➢输出、输入的幅值比是频率 f 的函数，称为幅频特性。 ➢相位差也是 f 的函数，称为相频特性。 ➢两者统称为频率响应特性。
对于平顺性而言，相频特性不是非常重要。
17
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
1.频率响应特性的确定
➢由输出、输入谐量复振幅 z 与 q 的比值或 z t 与 qt 的傅里叶变换
齐次微分方程的解为 z Aent sin 02 n2t
➢有阻尼自由 振动时，质量m2 以有阻尼固有频
率 r 02 n2
振动，振幅按
ent 衰减。
10
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
阻尼比ζ对衰减振动的影响
1）与有阻尼固有频率ωr有关
r 02 n2 0 1 2
➢ζ增大，ωr下降。当ζ=1时，运动失去振荡特征。
应的影响；介绍悬架系统固有频率f0和阻尼比ζ的选择范围。
返回目录 2
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
一、汽车振动系统的简化
➢车身质量有垂直、 俯仰、侧倾3个自由度， 4个车轮质量有4个垂 直自由度，整车共7个 自由度。
七自由度立体模型
➢当 xI yI ，并
忽略轮胎阻尼后，汽 车立体模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可简化为 平面模型。
2π
e nT1
1 2
阻尼比越大，振幅衰减得越快
lnd 2π 1 2
汽车理论 课件之第6章 汽车的平顺性
大 尼 系 不 动 阻 时 统 振
ζ ≤ 0.25 ⇒ωr比 0降 3 ω 低％
ωr ≈ ω0
32
A d= 1 称 减 系 为 幅 数 A 2 A A e nT 1 d= = =e 1 =e −n(t1+ 1) T A A e 2 n =ζω , 0 l d= n
A B C D E F G H
22
率 密 G 功 谱 度 q(n)
C
A
B
n G (n) =G (n0) q q n 0
−W
间 率 空 频 n
注：纵坐标和横坐标均采用对数单位
23
1.汽车振动系统的简化 7自由度模型 4车轮，Ix Iy Z
z
y
x
24
由于汽车是纵轴对称的，当左、右车撤的不 平度函数x(I)=y(I)时，汽车只有车身的垂直振 动z和俯仰振动ϕ，汽车可以简化为平面模型。
f − fr q e c e uny u −u p r p e l −lo e wr c −c n e e tr
12
1/3倍频法认为:同时有许多个 倍频带都有能 倍频法认为:同时有许多个1/3倍频带都有能 量作用于人体时， 量作用于人体时，各个频带振动作用无明显联 对人体产生的影响主要是人体感觉振动强 系，对人体产生的影响主要是人体感觉振动强 度最大的一个1/3倍频带所造成的。
29
z
x
K
m
c
q
二阶常系数齐次方程
c K 2 2 令 n = , ω0 = m m n c ζ= = ω0 2 m K
ω0 1 K f0 = = π 2 m π 2
30
z
Ae
− nt
− Ae
− nt
汽车平顺性试验和数据处理ppt课件
10
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
2.数据处理系统
数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用相应的软 件，快速、精确的进行自谱、互谱、传递函数、相干函 数和概率统计等各种数据处理。
记录的模拟信号
a t
模拟-数字转换
ait
i=1,2,···,N/2
快速傅里叶变换 AK AK(fs) K=1,2,···,N/2
车身部分固有频率
f0
0
/
2π
1 T
车轮部分固有频率
ft
t
/2π 1 T
车身和车轮部分的衰减率
A1/A2 A1/A2
车身和车轮部分阻尼比 ζ 1 1l4nπ22τ
ζt 1 1ln42πτ2
4
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
3.汽车振动系统频率响应函数的测定 在实际随机输入的路面上或在电液振动台上，给车 轮输入0.5～30Hz 范围的振动，记录车轴、车身、座垫 上各测点的振动响应。 由数据统计分析仪处理得到悬架、座垫各环节的频 率响应函数。
第六章 汽车的平顺性
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
返回目录 1
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
一、平顺性试验的主要内容
1.汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定
分别测定轮胎、悬架、座垫等元件的载荷与变形的 关系曲线，可以求出在规定载荷下的刚度。
由加载和卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件 的阻尼。
均方根值计算
av
W (f ) 频率加权
AWK AWK
计算自功率谱
AK AK
11
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
2.数据处理系统
按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动测量 仪”在平顺性评价试验中得到采用。这种仪器通常用模 拟/数字混合法计算加权加速度均方根值。
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
2.数据处理系统
数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用相应的软 件，快速、精确的进行自谱、互谱、传递函数、相干函 数和概率统计等各种数据处理。
记录的模拟信号
a t
模拟-数字转换
ait
i=1,2,···,N/2
快速傅里叶变换 AK AK(fs) K=1,2,···,N/2
车身部分固有频率
f0
0
/
2π
1 T
车轮部分固有频率
ft
t
/2π 1 T
车身和车轮部分的衰减率
A1/A2 A1/A2
车身和车轮部分阻尼比 ζ 1 1l4nπ22τ
ζt 1 1ln42πτ2
4
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
3.汽车振动系统频率响应函数的测定 在实际随机输入的路面上或在电液振动台上，给车 轮输入0.5～30Hz 范围的振动，记录车轴、车身、座垫 上各测点的振动响应。 由数据统计分析仪处理得到悬架、座垫各环节的频 率响应函数。
第六章 汽车的平顺性
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理
一、平顺性试验的主要内容
1.汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定
分别测定轮胎、悬架、座垫等元件的载荷与变形的 关系曲线，可以求出在规定载荷下的刚度。
由加载和卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件 的阻尼。
均方根值计算
av
W (f ) 频率加权
AWK AWK
计算自功率谱
AK AK
11
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
2.数据处理系统
按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动测量 仪”在平顺性评价试验中得到采用。这种仪器通常用模 拟/数字混合法计算加权加速度均方根值。
汽车理论课件 第6章汽车平顺性
汽车平顺性可由图1所示的汽车振动系统的框图来说明， 研究目的就是控制振动的传递，使乘坐者不舒适的感觉 控制在可接受的范围内。
2021/4/17
图1 汽车振动系统框图
汽车理论 第 3 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
客观评价方法：吸收功率法、总体乘坐值法（BS6841-1987）、 VDI2057-2002和ISO2631-1997。
2021/4/17
汽车理论 第 4 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
2021/4/17
汽车理论 第 8 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
规格严格 功夫到家
（1）单轴向加权加速度均方根值
➢ 由等带宽频率分析得到的加速度自功率谱密度函数计算单轴
向加权加速度均方根值，需要先计算1/3倍频带加速度均方
应作为评价指标，其值为：
zm a x
1 n
n
zmax j
j 1
2021/4/17
汽车理论 第 5 页
（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
规格严格 功夫到家
1.脉冲输入行驶评价方法
➢ 测量位置：驾驶人座椅座垫上方，驾驶人座椅靠背，驾驶人 座椅底部地板；与驾驶人同侧最后排座椅座垫上方，与驾驶 人同侧最后排座椅靠背，与驾驶人同侧最后排座椅底部地板 ；车厢地板中心等。
2021/4/17
图1 汽车振动系统框图
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（威海） 汽车工程学院
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客观评价方法：吸收功率法、总体乘坐值法（BS6841-1987）、 VDI2057-2002和ISO2631-1997。
2021/4/17
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（威海） 汽车工程学院
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2021/4/17
汽车理论 第 8 页
（威海） 汽车工程学院
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规格严格 功夫到家
（1）单轴向加权加速度均方根值
➢ 由等带宽频率分析得到的加速度自功率谱密度函数计算单轴
向加权加速度均方根值，需要先计算1/3倍频带加速度均方
应作为评价指标，其值为：
zm a x
1 n
n
zmax j
j 1
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（威海） 汽车工程学院
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING
规格严格 功夫到家
1.脉冲输入行驶评价方法
➢ 测量位置：驾驶人座椅座垫上方，驾驶人座椅靠背，驾驶人 座椅底部地板；与驾驶人同侧最后排座椅座垫上方，与驾驶 人同侧最后排座椅靠背，与驾驶人同侧最后排座椅底部地板 ；车厢地板中心等。
汽车理论课件 第六章 汽车的平顺性 3.汽车振动系统的简化,单质量系统的振动
2π
e nT1
1 2
阻尼比越大，振幅衰减得越快
lnd 2π 1 2
1
1 4π2 / ln 2d
由实测的衰减振动曲线得到d，即可确定系统的阻尼比ζ。
17
n C 0 22
1
1 4π2 / ln 2d
18
汽车理论
第四十二讲
主讲教师：XXX
学时：48
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
单质量系统 自由振动
对车身质量运用牛顿第二定律，得微 分方程：
m2z Cz q Kz q 0
令2n C m2
02
K m2
z 2nz 02z 0
n C
0 2 m2K
ω0—振动系统固有圆频率；
ζ—阻尼比。
20
n C 0 2 m2K
0
K m2
d A1 A2
1
1 4π2 / ln 2d
Z(ω)与Q(ω) 的比值，可以确定频率响应函数 H jω 。 z ~q
➢汽车悬架系统阻尼比ζ大约为0.25，ωr比ω0只下降
了3%左右， r 0。
固有频率 0
K m2
f0
0
2π
1 2π
K m2
16
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
阻尼比ζ对衰减振动的影响
2）决定振幅的衰减程度
两个相邻的振幅A1与A2之比称为减振系数d
e d
A1
A2
Aent1 Aent1T1
对于大部分汽车，
= 0.8～1.2，即接
近1。当 = 1时
m2f
m2
2 y
aL
m2r
m2
2 y
bL
汽车理论__6章汽车的平顺性
据统计，我国高等级公路路面谱也基本上在A、B、 C三级范围之内，只是B、C级路面占的比重比较大。
上述路面功率谱密度Gq(n)指的是垂直位移功率谱密 度，还可以采用不平度函数q(I)对纵向长度I的一阶 导数，即速度功率谱密度和二阶导数，即加速度功 率谱密度来补充描述路面不平度的统计特性。
第二节 路面不平度的统计特性
第四节 车身与车轮双质量系统的振动
第五节 双轴汽车的振动
前面讨论的单质量和双质量系统都是双轴汽车的局 部系统，仅分析了单车轮输入下车身的垂直运动。
本节讨论汽车垂直和俯仰两个自由度或汽车纵轴上 任一点的垂直振动，为此需要建立前、后车轮两个 路面输入的双轴汽车模型。
第五节 双轴汽车的振动
第六章 汽车的平顺性
内容提要
人体对振动的反应和平顺性的评价 路面不平度的统计特性 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 车身与车轮双质量系统的振动 双轴汽车的振动 人体－座椅系统的振动 汽车平顺性试验和数据处理
引言
汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转 部件激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输 入，故本章讨论的平顺性(Ride)主要指路面不平引起的汽车 振动，频率范围约为0.5~25Hz。
汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲 击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主 要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括 保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。
汽车的平顺性可由图6-1所示的“路面一汽车一入”系统的框 图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输 入”，此‘输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元 件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系 统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度， 此加速度通过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平 顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时，通常还要 综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。它们分 别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。
上述路面功率谱密度Gq(n)指的是垂直位移功率谱密 度，还可以采用不平度函数q(I)对纵向长度I的一阶 导数，即速度功率谱密度和二阶导数，即加速度功 率谱密度来补充描述路面不平度的统计特性。
第二节 路面不平度的统计特性
第四节 车身与车轮双质量系统的振动
第五节 双轴汽车的振动
前面讨论的单质量和双质量系统都是双轴汽车的局 部系统，仅分析了单车轮输入下车身的垂直运动。
本节讨论汽车垂直和俯仰两个自由度或汽车纵轴上 任一点的垂直振动，为此需要建立前、后车轮两个 路面输入的双轴汽车模型。
第五节 双轴汽车的振动
第六章 汽车的平顺性
内容提要
人体对振动的反应和平顺性的评价 路面不平度的统计特性 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 车身与车轮双质量系统的振动 双轴汽车的振动 人体－座椅系统的振动 汽车平顺性试验和数据处理
引言
汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转 部件激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输 入，故本章讨论的平顺性(Ride)主要指路面不平引起的汽车 振动，频率范围约为0.5~25Hz。
汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲 击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主 要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括 保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。
汽车的平顺性可由图6-1所示的“路面一汽车一入”系统的框 图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输 入”，此‘输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元 件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系 统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度， 此加速度通过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平 顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时，通常还要 综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。它们分 别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。
汽车发动机原理与汽车理论第17章课件
工效降低界限”曲线向下平移,即加速度允许值减小。 参照ISO 2631的规定,根据我国的具体情况,我国制订了GB/T 4970—2009《汽车平顺性试验方法》,并以车速特性来描述汽 车的平顺性。车速特性是指评价指标随车速变化的关系曲线。 轿车、客车用“舒适降低界限”车速特性,货车用“疲劳—降低工 效界限”车速特性。
式中,ld为壕沟宽度
二、通过性的支承与牵引参数
1.单位压力
2.最大动力因数
如前所述，汽车以1档速度行驶时的最大动力因数，是 汽车最大爬坡能力和克服道路阻力能力的标志。当汽车在 坏路或无路地带行驶时，行驶阻力很大，为了保证汽车具 有较好的通过性，除了采取减小行驶阻力(主要是土壤阻 力，因为此时表征汽车越野行驶能力的挂钩牵引力等于土 壤推力与阻力之差)的措施外，还必须提高汽车的动力因 数。在越野汽车的传动系中，通常通过增设副变速器或具 有低档的分动器，来增大传动系的总传动比，从而使驱动 轮获得足够大的驱动力。适当地减少汽车的载荷，既能降 低车轮对地面的单位压力，又可提高汽车的动力因数，从 而提高汽车通过松软地面的能力。
实际上 pw 2( pwi )max
pwz＝2a1 T0 / TFD
a1 2.8m / s2,T0 10 min 或0.16h TCD TFD /10, a1CD a1 / 3.15,
Lpwz 20 lg pwz / a0
a0 106 m / s2
第二节 汽车的通过性
一、通过性的几何参数
汽车的最小转弯半径为：
式中,a、b为突伸量;RB为后内轮转弯半径
最小转弯半径RH和车轮半径r也是影响汽车通过性的因素。 ➢汽车在不平路面上行驶时,克服垂直障碍物(台阶、壕沟)的 能力与车轮半径有关。 ➢对于后轮驱动的四轮汽车
式中,ld为壕沟宽度
二、通过性的支承与牵引参数
1.单位压力
2.最大动力因数
如前所述，汽车以1档速度行驶时的最大动力因数，是 汽车最大爬坡能力和克服道路阻力能力的标志。当汽车在 坏路或无路地带行驶时，行驶阻力很大，为了保证汽车具 有较好的通过性，除了采取减小行驶阻力(主要是土壤阻 力，因为此时表征汽车越野行驶能力的挂钩牵引力等于土 壤推力与阻力之差)的措施外，还必须提高汽车的动力因 数。在越野汽车的传动系中，通常通过增设副变速器或具 有低档的分动器，来增大传动系的总传动比，从而使驱动 轮获得足够大的驱动力。适当地减少汽车的载荷，既能降 低车轮对地面的单位压力，又可提高汽车的动力因数，从 而提高汽车通过松软地面的能力。
实际上 pw 2( pwi )max
pwz＝2a1 T0 / TFD
a1 2.8m / s2,T0 10 min 或0.16h TCD TFD /10, a1CD a1 / 3.15,
Lpwz 20 lg pwz / a0
a0 106 m / s2
第二节 汽车的通过性
一、通过性的几何参数
汽车的最小转弯半径为：
式中,a、b为突伸量;RB为后内轮转弯半径
最小转弯半径RH和车轮半径r也是影响汽车通过性的因素。 ➢汽车在不平路面上行驶时,克服垂直障碍物(台阶、壕沟)的 能力与车轮半径有关。 ➢对于后轮驱动的四轮汽车
汽车理论第六章汽车的平顺性
a互功率谱密度
Gxy(n)=Gxy(n)e-jxy(n)
互振幅谱
相位谱
b相干函数：为 了 研 究 信 号 y(I)中 有 多 少 来 自 x(I)， 引 入 了 相 干 函 数
2
coh2xy(n)=GxyG(nxy)(Gn)yx(n)
相干函数
c
o
h
2 x
y
(
n
)
在频域内描述了 x ( I ) 与 y ( I )
路面不平度 8 级分类
路面等级
Gq(no)×10-6m2／m-1
no＝0.1m-1
下限 几何平均值 上限
σ q×10-3m 0.011m-1＜n＜2.83m-1
下限 几何平均值 上限
A
8
16
32 2.69
3.81
5.38
B
32
64
128 5.38
7.61
10.77
C
128
256
512 10.77 15.23 21.53
F1(n)=X(n) F1(n)=X(n)
F2(n)=X(n)e-j2nL
G11(n)T li m T 1X(n)X1(n)
G 12(n)T li m T 1X(n)X(n)e-j2nL
G21(n)T li m T 1F2(n)F1(n)T li m T 1(X(n)e-j2nL)*X(n)
=lim1X*(n)X(n)ej2nL
F 2 (n )＝ F q 2 (I)= F y (I L )= Y ( n ) e - j 2 n L
将四个车轮不平度函数的傅里叶变换代入 G ik ( n ) 算出
各谱量和两个轮迹之间的自谱G xx(n) G yy(n)互谱 G xy(n) G yx(n)的关系：
Gxy(n)=Gxy(n)e-jxy(n)
互振幅谱
相位谱
b相干函数：为 了 研 究 信 号 y(I)中 有 多 少 来 自 x(I)， 引 入 了 相 干 函 数
2
coh2xy(n)=GxyG(nxy)(Gn)yx(n)
相干函数
c
o
h
2 x
y
(
n
)
在频域内描述了 x ( I ) 与 y ( I )
路面不平度 8 级分类
路面等级
Gq(no)×10-6m2／m-1
no＝0.1m-1
下限 几何平均值 上限
σ q×10-3m 0.011m-1＜n＜2.83m-1
下限 几何平均值 上限
A
8
16
32 2.69
3.81
5.38
B
32
64
128 5.38
7.61
10.77
C
128
256
512 10.77 15.23 21.53
F1(n)=X(n) F1(n)=X(n)
F2(n)=X(n)e-j2nL
G11(n)T li m T 1X(n)X1(n)
G 12(n)T li m T 1X(n)X(n)e-j2nL
G21(n)T li m T 1F2(n)F1(n)T li m T 1(X(n)e-j2nL)*X(n)
=lim1X*(n)X(n)ej2nL
F 2 (n )＝ F q 2 (I)= F y (I L )= Y ( n ) e - j 2 n L
将四个车轮不平度函数的傅里叶变换代入 G ik ( n ) 算出
各谱量和两个轮迹之间的自谱G xx(n) G yy(n)互谱 G xy(n) G yx(n)的关系：
汽车理论
第三节
常用室内汽车试验装置
滑板式侧滑试验台
汽车理论试验
1、转向轻便性试验 2、稳态转向特性试验 3、瞬态横摆响应试验 4、汽车回正能力试验ຫໍສະໝຸດ 第七节 汽车操纵稳定性试验
测力方向盘
第七节 汽车操纵稳定性试验
双扭线
第七节 汽车操纵稳定性试验
方向盘转角-转矩曲线
第三节 汽车平顺性试验和数据处理
一、平顺性试验内容 1．悬架刚度、阻尼的测定 2．固有频率和阻尼比的测定 频率根据波形直接测定测出周期，再求倒数。 阻尼比下式测定：
通过沙漠、雪地、泥沼地时应用低档，尽量保持直线行 驶。有差速锁时将其锁住，驶离滑转区后再脱开，以免转向 困难。
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
影响通过性的结构因素
1、前、后轮距 等轮距、单胎布置、增多驱动轴数有利于提高通过性。 2、轴荷分配 使前轮单位压力比后轮小20%-30%，可减少松软路上 的阻力。 3、最低稳定车速 车速低，土壤抗剪切能力较强，可提高附着系数。因此 应用低速通过困难地段。可用增大传动比降低最低稳定车 速。
转鼓式制动试验台
第三节
常用室内汽车试验装置
平板式制动试验台
平板式制动试验台。由4块模拟路面情况的粘砂钢质平板按一定方式排列，确保一辆汽车行 驶车轮在制动时分别在4块平板上，汽车以5km/h～10km/h的车速驶上平板制动试验台。当 急踩制动踏板时，通过平板下的几十只传感器及计算机控制系统测量汽车制动时的各项制动 性能、悬架性能、钢板弹簧刚度（大车）等指标，并能测出测试速度值。
第一节 汽车通过性评价指标及几何参数
汽车通过性几何参数
最小离地间隙 h 纵向通过角 接近角 1 离去角 2 最小转弯半径 dmin 转弯通道圆
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➢由数据统计分析仪处理得到悬架、座垫各环节的频率响应函数。
5
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 3.汽车振动系统频率响应函数的测定
6
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 4.在实际随机输入路面上的平顺性试验
➢试验应按照GB/T 4970—1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》进行。 ➢随机输入试验主要以加权加速度均方根值来评价，车厢底板及车轴采用该处的加速度均方 根值来评价。
aw t
均方根值计算
av
模拟-数字转换
ait i=1,2,···,N/2
12
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 本章内容结束
下一章
13
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
值方法——振动剂量（VDV）来评价。
pmax z2 max
8
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 二、平顺性试验数据的采集和处理 1.测试仪器系统
传感器一般采用压电式加速度计。 9
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 二、平顺性试验数据的采集和处理 1.测试仪器系统
测量座垫上的加速度时，要把 传感器安装在一个半刚性的垫盘 内。
7
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 5.汽车驶过凸块脉冲输入平顺性试验
➢汽车行驶时，偶尔会遇到凸块和凹坑，尽管遇到的概率并不多，但过大的冲击会严重影响平顺性。
➢脉冲输入试验按GB/T 5902—1986《汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》进行。
➢评价指标用座垫上和底座底部地板加速度的最大响应值
、
或加权加速度４次方和根
/ 2π 1 T
车身和车轮部分的衰减率
A1/A2 A1/A2
车身和车轮部分阻尼比
ζ 1
1
4π2 ln2 τ
ζt 1
1
4π2 ln2 τ
4
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 3.汽车振动系统频率响应函数的测定
➢在实际随机输入的路面上或在电液振动台上，给车轮输入0.5～30Hz 范围的振动，记录车 轴、车身、座垫上各测点的振动响应。
2
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 2.悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定
➢将汽车前轮和后轮分别从一 定高度抛下，记录车身和车轮 质量的衰减振动曲线。
3
第七节 汽车平顺性试验和数据处理
2.悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定
车身部分固有频率
f00Βιβλιοθήκη /2π1 T
车轮部分固有频率
ft
t
汽车理论课件汽车平顺性试验和 数据处理
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 一、平顺性试验的主要内容
1.汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定 ➢分别测定轮胎、悬架、座垫等元件的载荷与变形的关系曲线，可以求出在规定载荷下的刚 度。 ➢由加载和卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的阻尼。
➢测量悬挂质量m2、非悬挂质量m1、车身质量分配系数ε等振动系统惯性参数。
10
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 2.数据处理系统
➢数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用相应的软件，快速、精确的进行自谱、互谱、传递 函数、相干函数和概率统计等各种数据处理。
记录的模拟信号
a t
均方根值计算
av
模拟-数字转换
ait i=1,2,···,N/2
快速傅里叶变换
AKK=1,2,·A··K,N/(2fs)
W ( f频)率加权 AWK AWK
计算自功率谱
AK AK
11
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 2.数据处理系统
➢按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动测量仪”在平顺性评价试验中得到采用。这种 仪器通常用模拟/数字混合法计算加权加速度均方根值。
记录的模拟信号
a t
W f 模拟
频率
加权滤波
5
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 3.汽车振动系统频率响应函数的测定
6
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 4.在实际随机输入路面上的平顺性试验
➢试验应按照GB/T 4970—1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》进行。 ➢随机输入试验主要以加权加速度均方根值来评价，车厢底板及车轴采用该处的加速度均方 根值来评价。
aw t
均方根值计算
av
模拟-数字转换
ait i=1,2,···,N/2
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Thank You
世界触手可及
值方法——振动剂量（VDV）来评价。
pmax z2 max
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理 二、平顺性试验数据的采集和处理 1.测试仪器系统
传感器一般采用压电式加速度计。 9
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 二、平顺性试验数据的采集和处理 1.测试仪器系统
测量座垫上的加速度时，要把 传感器安装在一个半刚性的垫盘 内。
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理 5.汽车驶过凸块脉冲输入平顺性试验
➢汽车行驶时，偶尔会遇到凸块和凹坑，尽管遇到的概率并不多，但过大的冲击会严重影响平顺性。
➢脉冲输入试验按GB/T 5902—1986《汽车平顺性脉冲输入行驶试验方法》进行。
➢评价指标用座垫上和底座底部地板加速度的最大响应值
、
或加权加速度４次方和根
/ 2π 1 T
车身和车轮部分的衰减率
A1/A2 A1/A2
车身和车轮部分阻尼比
ζ 1
1
4π2 ln2 τ
ζt 1
1
4π2 ln2 τ
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理 3.汽车振动系统频率响应函数的测定
➢在实际随机输入的路面上或在电液振动台上，给车轮输入0.5～30Hz 范围的振动，记录车 轴、车身、座垫上各测点的振动响应。
2
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 2.悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定
➢将汽车前轮和后轮分别从一 定高度抛下，记录车身和车轮 质量的衰减振动曲线。
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理
2.悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定
车身部分固有频率
f00Βιβλιοθήκη /2π1 T
车轮部分固有频率
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汽车理论课件汽车平顺性试验和 数据处理
第七节 汽车平顺性试验和数据处理 一、平顺性试验的主要内容
1.汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定 ➢分别测定轮胎、悬架、座垫等元件的载荷与变形的关系曲线，可以求出在规定载荷下的刚 度。 ➢由加载和卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的阻尼。
➢测量悬挂质量m2、非悬挂质量m1、车身质量分配系数ε等振动系统惯性参数。
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理 2.数据处理系统
➢数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用相应的软件，快速、精确的进行自谱、互谱、传递 函数、相干函数和概率统计等各种数据处理。
记录的模拟信号
a t
均方根值计算
av
模拟-数字转换
ait i=1,2,···,N/2
快速傅里叶变换
AKK=1,2,·A··K,N/(2fs)
W ( f频)率加权 AWK AWK
计算自功率谱
AK AK
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第七节 汽车平顺性试验和数据处理 2.数据处理系统
➢按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动测量仪”在平顺性评价试验中得到采用。这种 仪器通常用模拟/数字混合法计算加权加速度均方根值。
记录的模拟信号
a t
W f 模拟
频率
加权滤波