汽车振动基础[精]

汽车振动学基础复习提要第一章振动和机械振动的定义。

激励或输入、响应或输出的定义。

振动问题的分类。

机械振动的分类：其他的分类按激励情况分类：自由振动强迫振动按响应情况分类：简谐振动周期振动瞬态振动例题1.1 证明：单摆运动在5°以内可看成是简谐振动（线性振动）。

构成机械振动系统的基本元素有惯性、恢复性（弹性）和阻尼。

惯性就是能使物体当前运动持续下去的性质。

恢复性（弹性）就是能使物体位置恢复到平衡状态的性质。

阻尼就是阻碍物体运动的性质。

从能量的角度看，惯性是保持动能的元素，恢复性（弹性）是贮存势能的元素，阻尼是使能量散逸的元素。

惯性元件、弹性元件和阻尼元件是离散振动系统物理模型的三个最基本元件。

离散系统各元件的特征及其表示方法。

简谐振动定义。

P7 公式1-15两种常用的简谐振动表示方法。

叠加原理。

类似例题：1－2 一简谐运动，振幅为0.20 cm，周期为0.15 s，求最大的速度和加速度。

1－3 一加速度计指示结构谐振在82 Hz 时具有最大加速度50 g，求其振动的振幅。

1－4 一简谐振动频率为10 Hz，最大速度为4.57 m/s，求其振幅、周期和最大加速度。

类似例题：1－6 一台面以一定频率作垂直正弦运动，如要求台面上的物体保持与台面接触，则台面的最大振幅可有多大？类似例题：1－7 计算两简谐运动 x 1 = X 1 cos ω t 和 x 2 = X 2 cos (ω + ε ) t 之和。

其中 ε << ω。

如发生拍的现象，求其振幅和拍频。

1－8 将下列复数写成指数A e i θ 形式：(a) 1 + i 3 (b) -2 (c) 3 / (3 - i ) (d) 5 i (e) 3 / (3 - i ) 2 (f) (3 + i ) (3 + 4 i ) (g) (3 - i ) (3 - 4 i ) (h) [ ( 2 i ) 2 + 3 i + 8 ]第二章单自由度系统 自由振动 定义单自由度系统无阻尼自由振动运动微分方程及其解的表达形式静平衡位置 系统固有频率例 图示的直升机桨叶经实验测出其质量为m ，质心C 距铰中心O 距离为l 。

1车辆振动基本概念2轨道不平顺与车辆振动方程基本概念轨道不平顺由表观的几何不平顺和弹性不平顺组成，车辆低速通过轨道时间测得的准静态不平顺是这两种不平顺的合成。

当车辆在动态下快速通过轨道时，测得的轨道随机不平顺中将包含有动力作用下的弹性变形，称为动力不平顺。

轨道不平顺含有三种性质的基本组成：周期性、随机性、局部或单一性。

四种类型：轨道垂直不平顺（高低）：左右轨面高低不平顺的平均值Zv表示了左右轮轨垂直支承点的中心离线路名义中心的高低偏差，它是激起车辆产生垂向振动的主要原因，车体将因它产生浮沉和点头振动，并可使轮轨间产生过大的垂向动作用。

轨道水平不平顺：左右轮轨接触面的高度差所对应行程的夹角相对水平面的变化称为水平不平顺。

引起轨道车辆运行中摇头与滚摆的重要原因。

轨道方向不平顺：左右轮轨垂直接触面的纯滚线在横向的中心线距离设计值的偏移量。

引起轨道车辆运行时摇头与滚摆的重要原因。

轨距不平顺：左右两轨的轨距沿轨道长度方向上的偏差，影响刚轮钢轨的接触几何关系，对轨道车辆动力学性能也有一定的影响。

激起车辆振动的原因：收到外部激扰：轨道不平顺，空气，系统本身、刹车制动系统间的作用、牵引时纵向冲动随机性描述对轨道不平顺呈随机性质的，则需在频域中用功率谱密度表示。

有了不平顺的功率谱密度，就可以在频域中对线性系统轨道车辆在轨道上产生的随机响应进行求解。

轨道沿线路的不平顺基本是一个平稳随机的过程，一般表示为空间谱，他的波幅与波长都是随机变量，通常短波不平顺波幅小而长波不平顺波幅大。

实际运行时平顺中有时有波长相近的几个连续波组合，从而能使车辆在他们激励下产生类似共振的大幅度。

轨道不平顺的空间功率谱密度函数PSD，是描述轨道随机不平顺的重要的频域统计函数，通常会对足够长的线路路面实测或从轨检车检测的大量不平顺数据作统计以形成线路谱。

无论从维护目的评估线路，还是作为激振函数来计算新型车辆在线路上的响应并评价运行平稳性与安全性，建立轨道不平顺功率谱都很有必要。

汽车振动学基础及其应用
汽车振动学是一种基于物理学原理的科学，它研究了汽车在运动过程中随时间而发生的振动和行为。

汽车振动学在汽车设计中占有重要地位，因为汽车结构不仅需要具有足够的强度、刚度和刚性，而且还要满足舒适性要求，使汽车能够在振动激励下正常运行。

汽车振动学研究了汽车在工况下的振动行为，并作出相应的控制处理。

它的基础是分析汽车的结构特性和振动特性，以及利用物理和数学方法来模拟汽车的振动状态并对其进行分析。

其主要内容包括汽车整体静力学分析、汽车静力学与振动性能分析、汽车振动控制等。

汽车振动学的应用用于汽车设计和改进，可以显著提高汽车的舒适性、动力性能和安全性能。

它的应用可以改善汽车的振动性、加速性和抖动性能，从而改善汽车在高速行驶时的行车平稳性和提高发动机的耐久性。

此外，汽车振动学还能够改善汽车的空气动力学性能，使汽车更加稳定、可靠。

AUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育1　引言现代汽车技术朝着智能化、电动化、网联化、共享化方向发展[1, 2]，人们对汽车智能化和电动化汽车的舒适性要求不断提高[3]，而汽车振动学是研究汽车舒适性的核心课程，因此，加强汽车振动学课程建设与实践对培养学生提升汽车新“四化”快速发展具有至关重要的意义[4]。

在车辆工程领域中，汽车振动学是智能车平顺性、电控悬架、产品开发等领域的重要工具，极大缩短了汽车产品的开发周期和研发成本。

因此，学习汽车振动学课程且熟练利用振动学理论解决汽车平顺性和舒适性工程实际问题的能力是车辆工程人才培养体系重要任务。

为提高汽车振动学课程的授课效果，同时针对专业认证要求，本文根据自身授课过程和心得体会，结合学生学习情况，优化理论教学，强调实践教学，更新教学内容，创新实践培养环节，重构汽车振动学理论教学与实践教学，提升学生利用振动学理论分析解决车辆工程振动问题的能力，服务安徽省十大新兴产业[5]。

2　汽车振动学课程教学中的问题剖析2.1　理论课环节汽车振动学课程理论矩阵分析、随机理论、理论力学、弹性力学、结构力学、数值计算、控制方法等多门课程的知识，学科交叉性强，对于车辆工程专业的本科生来讲，将数学方法应用到汽车振动学课程上时，造成学生知其然不知其所以然的学习状态，学生反应理论推导体系性不强，与实际工程不知如何结合，理论知识晦涩难懂，工程应用能力欠缺，学习积极性不高。

2.2　实践教学环节高校限制于实际情况和学生安全考虑，不开设汽车平顺性试验课程，学生只学习汽车振动学理论知识，不了解汽车振动试验标准和相关特性分析；部分高校开设的平顺性实践课，主要是用仿真软件分析汽车振动特性，主要是机械式模仿教材案例，缺乏汽车平顺性道路实践经验和数据采集处理能力，不能理论与实际相结合提出合理的解决方案。

2.3　课程考核环节课程考核涉及学生切身利益和反应学习效果，汽车振动学课程具有理论性和实践性都很强的特点，考核办法不宜仅采用传统卷面考核，同时，卷面考核无法反应学生的课程实践与汽车平顺性测试和数据分析的能力，而仅通过汽车平顺性试验考核办法无法反应学生理论知识掌握情况，学生培养效果不佳。

《汽车振动基础》课程教学大纲一、课程基本信息课程类别：专业选修课适用专业：汽车车辆工程专业先修课程：汽车构造、汽车诊断与维修总学时：56学分：3二、课程教学目的与基本要求本课程主要任务是，学习汽车机械振动力学的基本理论和方法及分析振动问题的数学方法。

主要内容包括：单自由度系统的振动、两个自由度系统的振动、多自由度系统的振动，连续系统的振动，并介绍了求解特征值问题和系统响应的近似方法及数值计算方法，简要叙述了非线性振动和随机振动的基本概念和理论。

三、教学时数分配四、教学内容与要求第一章绪论（一）教学目的：理解机械振动的概念，了解振动系统研究方法，掌握振动的分类，会分析振动问题并提出解决方法。

（二）教学内容：1 基本要素 2 研究方法 3 分类和表示方法（三）重点：振动系统基本要素（四）难点：振动系统分类和表示方法第二章单自由度系统的振动（一）本章教学目的：理解单自由度系统的自由振动的概念，掌握单自由度系统的强迫振动，掌握汽车车身单自由度系统的振动。

（二）教学内容：1 自由振动 2 强迫振动 3 非简谐激励下的强迫振动4 汽车车身单自由度系统的振动（三）重点：单自由度系统的自由振动（四）难点：汽车车身单自由度系统的振动第三章二自由度系统的振动（一）教学目的：了解二自由度系统的运动微分方程，掌握无阻尼二自由度系统的振动，有阻尼二自由度振动系统和汽车的二自由度系统的振动。

（二）教学内容：1 二自由度系统的运动微分方程2 无阻尼二自由度系统的振动3 有阻尼二自由度振动系统4 汽车的二自由度系统的振动（三）重点：无阻尼二自由度系统的振动（四）难点：汽车的二自由度系统的振动第四章多自由度系统的振动（一）本章教学目的：理解多自由度振动系统的运动微分方程，掌握固有振型的正交性、模态坐标和正则坐标和汽车多自由度振动模型。

（二）教学内容：1 多自由度振动系统的运动微分方程2 固有振型的正交性、模态坐标和正则坐标3 多自由度系统的响应4 拉格朗日方程在振动分析中的应用5 汽车多自由度振动模型（三）重点：固有振型的正交性、模态坐标和正则坐标（四）难点：汽车多自由度振动模型第五章随机振动理论（一）教学目的：了解随机振动概述及随机振动的统计特性，线性振动系统的随机响应计算。