第六章汽车的平顺性
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第六章汽车的平顺性-文档资料
两个后轮遇到的不平度（由于存在滞后距
离L）：
q2(I) xI L, q4(I) yI L
谱量 Gik (n)
Gik (n)
1 lim T T
Fi* (n)Fk (n)
Fi (n)、Fk (n)为qi (n)、qk (n)的傅立叶变换 Fi*(n)、Fk*(n)为Fi (n)、Fk (n)共轭复数；T为长度I的分析区间。
相干函数在频域内描述了两个轮迹中频率为n 的分量之间线性相关的程度。
cohxy2 (n) 1, 两个轮迹中频率为n的分量之间幅值比 和相位差保持不变，完全线性相关； cohxy2 (n) 0, 两个轮迹中频率为n的分量之间幅值比 和相位差是随机变化的。
第三节 汽车振动系统的简化，单质量
系统的振动
暴露界限：当人体承受的振动强度在此界 限内，将保持人的健康或安全。它作为人 体可承受振动量的上限。
疲劳－降低工作效率界限：当人承受的振 动强度在此界限内时，能准确灵敏地反应， 正常地进行驾驶。它与保持人的工作效能 有关。
舒适降低界限：在此界限之内，人体对所 暴露的振动环境主观感觉良好，能顺利地 完成吃、读、写等动作。它与保持人的舒 适有关。
1）1/3倍频带分别评价法：
对传至人体的加速度进行频谱分析，可得1/3倍频 带的加速度均方根值谱。
1/3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，各个频带振动作用无明显联系，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。
2）总的加速度加权均方根值评价法
所包含的不平度垂直位移q的谱量成同其“功率”仍
为
2 q~n
,因此换算的时间频谱密度可表示为
:
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。
6 汽车的平顺性
)
1
ζ =0
|z/q| |
1
1
0
lg z/q = −2lgλ
-2:1 渐近线斜率为-2:1。 “频率指数”为-2。 频率比λ=ω/ω0
23
0.1 0.1
1
10
-1
lg|z/q q|
1 z/q → 2 λ
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
3.幅频特性曲线
当λ >> 1时
-1 10 lgλ 0
渐近线斜率为-1:1。 “频率指数”为-1。
10
-1
24
lg|z/q q|
|z/q| |
1 2
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
3.幅频特性曲线
确定低频段和高频 段渐近线的交点。
-1 10 lgλ 0
2 z 1 + (2ζλ ) = q 1 − λ2 2 + (2ζλ )2
8
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。 当 x(I ) = y (I )，并 忽略轮胎阻尼后，汽 车立体模型可简化为 平面模型。
9
第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
(
)
有阻尼自由 振动时，质量m2 以有阻尼固有频
2 率 ω r = ω0 − n 2
振动，振幅按
e − nt 衰减。
15
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
ωr = ω02 − n 2 = ω0 1 − ζ 2
第6章 汽车平顺性
第6章汽车的平顺性学习目标经过本章的学习，要求掌握汽车行驶平顺性的评论指标和人体对振动反响的感觉界线；掌握汽车振动系统的简化方法，并能正确剖析车身振动的单质量系统模型；认识汽车经过性的影响要素。
汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围行家驶时，防止因汽车内行驶过程中所产生的振动和冲击，令人感觉不舒畅、疲惫，甚至伤害健康，或许使货物破坏的性能。
因为行驶平顺性主假如依据乘员的舒坦程度来评论，所以又称为乘坐舒坦性。
汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身经过悬架的弹性元件与车桥连结，而车桥又经过弹性轮胎与道路接触，其余如发动机、驾驶室等，也是以橡皮垫固定于车架上。
因为道路不平而惹起的冲击和加快、减速时的惯性力，以及发动机与传动轴振动等产生的激振力作用于车辆系统，将使系统发生复杂的振动，对乘员的生理反响和所运货物的完好性，均会产生不利的影响。
在坏路上，汽车的同意行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性；而因坏路被迫降低行车速度，因此使汽车的均匀技术速度减低，运输生产率降落。
其次，振动产生的动载荷，加快了部件的磨损，以致惹起破坏，降低了汽车的使用寿命。
别的，振动还惹起能量的耗费，使燃料经济性变差。
所以，减少汽车自己的振动，不单关系到乘坐的舒坦和所运货物的完好，并且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作靠谱性等方面。
6.1节人体对振动的反响和平顺性的评论6.1.1 汽车行驶平顺性的评论指标汽车行驶平顺性的评论方法，往常是依据人体对振动的生理反响，以及对保持货物完好性的影响拟订的，并用振动的物理量，如频次、振幅、加快度等作为行驶平顺性的评论指标。
目前常用汽车车身振动的固有频次和振动加快度均方根值，评论汽车的行驶平顺性。
试验表示，为了保持汽车拥有优秀的行驶平顺性，车身振动的固有频次应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频次，它约为60～80次／min(1～1.6Hz),振动加快度的极限值为0.2g～0.3g。
第六章 汽车行驶的平顺性解析
第六章汽车行驶的平顺性6.1 平顺性的评价汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。
由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性。
汽车作为一个复杂的多质量振动系统，其车身通过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其它如发动机、驾驶室等也是以橡胶垫固定于车架上。
在激振力作用(如道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力等)以及发动机振动与传动轴等振动时，系统将发生复杂的振动。
这种振动对乘员的生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响；乘员也会因为必须调整身体姿势，加剧产生疲劳的趋势。
车身振动频率较低，共振区通常在低频范围内。
为了保证汽车具有良好的平顺性，应使引起车身共振的行驶速度尽可能地远离汽车行驶的常用速度。
在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性，而被迫降低汽车行车速度。
其次，振动产生的动载荷，会加速零件磨损乃至引起损坏。
此外，振动还会消耗能量，使燃料经济性变坏。
因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等。
汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应及对保持货物完整性的影响来制订的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速度变化率等作为行驶平顺性的评价指标。
目前，常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度评价汽车的行驶平顺性。
试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率。
它约为60～85次/分(1HZ ～1.6HZ)，振动加速度极限值为0.2～0.3g。
为了保证所运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。
如果车身加速度达到1g，未经固定的货物就有可能离开车厢底板。
所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6～0.7g。
汽车理论 余志生 第六章
2）辅助评价方法
辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到 过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体 的影响。
三、路面不平度的统计特性
1.路面不平度由三部分组成： 1）超低频成分 整段路面上存在着的波长远大于
轴距的起伏波形。 整段路面上存在着的、宏观上可 察觉的、波长及幅值较大的路面凹凸不平。
2）中低频成分
这是引起汽车振动的主要频率成分， 称为主频带。 3）高频成分 不易察觉的、波长很短、幅值很小的
振动的发生源主要 有凹凸不平的路面，不平衡轮胎的旋转，不平衡传动轴的旋 转以及发动机的扭矩变化等。
2.振动的传递途径 （1）振动的激励源
这些因素引起的振动大多与车速 相关，尤其是凹凸不平路面引起的振动， 随着车速的变化，振动的频率和强弱会 产生相应的变化。
（2） 振动的传递途径
因路面、轮胎产生的振动，先传到悬架，受悬架
2.使用因素对汽车平顺行驶的影响 1）道路坎坷不平是引起汽车振动的主要 因素 2）汽车技术状况对平顺性的影响
自身的振动特性影响后再传给车身，通过车身传到乘客的脚部。同时通 过座椅传给乘客的臀部和背部，还通过转向系，以转向盘抖动的形式传 到驾驶员手部。
因发动机、传动系产生的振动，通过支承发动
机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经衰减后传给车身，再经上述途径 传至人体各个部位。
任何一个“振动系统”均有一个“固有 频率”。当外界激振信号的频率接近或等于 “固有频率”时，将出现“共振”现象，产生 剧烈的振动。
Ride performance
第六章 汽车的平顺性 1. 汽车行驶平顺性 指汽车不因车体振动而使乘客感到不
适或货物不因振动而受损的性能。
2. 汽车行驶平顺性的研究对象：“路面一汽 车一人（货物）”构成的系统。路面特性是系统 的输入，人（货物）对汽车振动的反应是系统的 输出。
第6章 汽车平顺性
第6章汽车的平顺性学习目标通过本章的学习，要求掌握汽车行驶平顺性的评价指标和人体对振动反应的感觉界限；掌握汽车振动系统的简化方法，并能正确分析车身振动的单质量系统模型；了解汽车通过性的影响因素。
汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。
由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，所以又称为乘坐舒适性。
汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室等，也是以橡皮垫固定于车架上。
由于道路不平而引起的冲击和加速、减速时的惯性力，以及发动机与传动轴振动等产生的激振力作用于车辆系统，将使系统发生复杂的振动，对乘员的生理反应和所运货物的完整性，均会产生不利的影响。
在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影响不大，主要取决于行驶平顺性；而因坏路被迫降低行车速度，因而使汽车的平均技术速度减低，运输生产率下降。
其次，振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至引起损坏，降低了汽车的使用寿命。
此外，振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。
因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等方面。
6.1节人体对振动的反应和平顺性的评价6.1.1 汽车行驶平顺性的评价指标汽车行驶平顺性的评价方法，通常是根据人体对振动的生理反应，以及对保持货物完整性的影响制定的，并用振动的物理量，如频率、振幅、加速度等作为行驶平顺性的评价指标。
目前常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值，评价汽车的行驶平顺性。
试验表明，为了保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为60～80次／min(1～1.6Hz),振动加速度的极限值为0.2g～0.3g。
第六章 汽车的平顺性(汽车理论)
一、汽车振动系统的简化
2．4个自由度模型
汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数相等： 悬挂质量：车身＋车架＋车架上的总成 m2－2自由度 （垂直、俯仰） 减振器＋悬架弹簧 非悬挂质量：车轮＋车轴 m1－2自由度 （垂直）
两个系统动力学等效的条件
原系统车身对其 质心的回转半径
3．2个自由度模型
由表6-1上各轴向的轴加权系数可以看出: （1） 椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数k=1， 是12个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的轴加权系数均小 于0.8。 （2）另外IS02631—1：1997(E)标准还规定，当评价振动对 人体健康的影响时，就考虑xs、ys、zs这三个轴向，且xs、ys 两个水平轴向的轴加权系数取k＝1.4，比垂直轴向更敏感。 （3）标准还规定靠背水平轴向xb、yb可以由椅面xs、ys水 平轴向代替，此时轴加权系数取k=1.4。 （4）因此，我国在修订的相应标准GB／T4970--1996《汽 车平顺性随机输入行驶试验方法》时，评价汽车平顺性就考 虑椅面xs、ys、zs这三个轴向。
三、汽车单自由度振动系统的传递特性
实际上，幅频特性是线性 系统对不同频率下输入正 弦波的振幅放大的倍数
原系统车身对其 质心的回转半径
一、汽车振动系统的简化
4．1个自由度模型 轮胎在低频区内5Hz以下，忽略轮胎的弹性与车轮的 质量。
是m2的坐标，是振 动系统的输出
ｑ道路不平度，是时间函 数，振动系统的输入
单自由度振动系统的自由振动方程
单自由度振动有阻尼振动的解，图中说 明有阻尼振动是振幅逐渐减小的振动
道路不平度的时间功率谱密度函数
道路垂直速度的功率谱密度函数
道路垂直加速度的功率谱密度函数
第六章 汽车的平顺性
z0 j 2 1 e q0
z0 q0
H j z q H j z q e j
H j z q
2 1
第三节 汽车振动系统的简化，单质量 系统的振动
2．频率响应特性推导
) k ( z q) 0 q m2 z c( z
1 T 2 a w＝ a w t dt T 0
1 2
式中，T--振动的分析时间，一般取120 S。
6.1 人体对振动的反应和平顺性评价
频率加权函数w(f)(渐进线)可用右侧公式表示， 式中频率f的单位为Hz 。
6.1 人体对振动的反应和平顺性评价
2）对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析得
m2 j z c j ( z q ) k ( z q ) 0
2
z m2 2 c j k q c j k z z k jc H j z q q q m2 2 k jc
6.1 人体对振动的反应和平顺性评价
6.1 人体对振动的反应和平顺性评价
2、辅助评价方法
当峰值系数>9时，IS02631-1：1997(E)标准 规定用均4次方限值的方法来评价，它能 更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的高 峰值系数振动对人体的影响，此时采用辅 助评价方法——振动剂量值为
T VDV＝ a 4 t dt 0 w 1 4
到功率谱密度函数
，按下式计算 G a f
80 2 a w＝ W f G a f df 0.5
1 2
2、当同时虑椅面xs、ys、zs，这三个轴向振动时， 三个轴向的总加权加速度均方根值按下式计算
汽车理论第六章答案
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
97标准用加速度均方根值给出了1～80Hz振 动频率范围内人体对振动反应的三个不同 界限。反应界限（疲劳、不舒服）都是由 人体感觉到的振动强度大小和暴露时间长 短综合作用的结果。
暴露界限 疲劳－工效降低界限 舒适降低界限
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
∫
2）均方值
T 2 T − 2
q (t )dt
T 2 T − 2
1 2 E q (t ) = μ q = lim T →∞ T 3）方差
[
]
∫
q 2 (t )dt
σ q2
1 = lim T →∞ T
∫ [q(t ) − μ ] dt
T 2 T − 2 2 q
随机过程统计基础知识
q(t)的5种数字特征： 4）自相关函数 1 Rq (t ) = lim T →∞ T 5）谱密度函数
⎡ T a 4 (t )dt ⎤ VDV＝ ∫ w ⎢0 ⎥ ⎣ ⎦
1 4
ms
−1.75
第六章 汽车的平顺性
§6-2 路面不平度的统计特性
主要内容：
1. 功率谱密度（PSD）－平均能量的谱分布。 2. 空间频率与时间频率的关系。 利用输入的路面不平度功率谱以及车辆系统的频 响函数，可以求出各响应物理量的功率谱，用 来分析振动系统参数对各响应物理量的影响和 评价平顺性。
§6-3 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 1.四轮汽车简化的立体模型
汽车的悬挂质量为：m2（车身、车架等） 汽车的非悬挂质量：m1（车轮、车轴） 汽车共7个自由度：
车身垂直、俯仰、侧倾3个自由度 车轮4个垂直自由度
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第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 在ε＝1的情况下，当前 轮遇到路面不平度面引 起振动时，质量m2f运 动．而质量m2r不运动； 反之亦然。 因此，在这种特殊情况 下，可以分别讨论图6— 12上m2f和前轮轴以及 m2r和后轮轴所构成的两 个双质量系统的振动。
经常称为1/4汽车模型
第六章汽车的平顺性
双质量系统的振动
• 该系统除了具有前述车身 部分的动态特性外，还能 反映车轮部分在10-15Hz 范围产生高频共振时的动 态特性
• 它对平顺性和车轮的接 地 性有较大影响，更接近汽 车悬挂系统的实际情况
•经常称为1/4汽车模型
第六章汽车的平顺性
单质量系统的振动
• 在远离车轮部分固有频率 (10-15Hz)的较低激振频 率范围(如5Hz以下)，轮 胎变形很小，忽赂其弹性 与车轮质量，得到分析车 身垂直振动的最简单的单 质量系统。
•GB/T 4970-1996 称Law为等效均值 • 振动加速度aw增大10倍， Law增加20dB
第六章汽车的平顺性
•平顺性的评价指标
•0.5
•ISO263 1
第六章汽车的平顺性
•平顺性的评价指标
• （二)辅助评价方法： • 当峰值系数＞9时，ISO2631—1：1997(E)标准规
定用均4次方和根值的方法来评价，它能更好地估 计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人 体的影响，此时采用辅助评价方法——振动剂量值 (VDV,vibration dose value)为：
– 许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价，我国对相应标准 进行了修订，公布了GB／T4970—1996《汽车平顺性随机 输入行驶试验方法》。现在又有新国家标准GB/T 49702009 《汽车平顺性试验方法》
•我们国家的GB/T 13441.1-2007 《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动 的评价 第1部分：一般要求》也是等效采用等效采用ISO2631-1：1997(E) 制定的
• 标准规定靠背水平轴向可以由椅面水平轴向代替，此时轴 加权系数取k＝1.4。因此，我国在修订的相应标准GB／ T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验力法》时， 评价汽车平顺性就考虑椅面Xs、Ys、Zs三个轴向。
• 新标准 GB／T4970-2009采用座椅、靠背和脚三个点、各 三个方向的线振动，共9个轴向
•ISO2631认为：此处的T与式（6-1）相同
•新国家标准GB/T 4970-2009认为是作用时间，即：从前轮接触凸块 到汽车驶过凸块且冲击响应消失时间段
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• §6.3 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：
• 汽车是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问 题进行简化。
效界限为降低舒适界限的3.15倍 B、三个界限、极限都随着时间的增加而降低
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 椅面垂直轴向Zs的频率加权函数最敏感频率范围 标准规定为4—12.5Hz，在4—8Hz这个频率范围， 人的内脏器官产生共振，而8—12.5Hz频率范围 的振动对入的脊椎系统影响很大。
第六章汽车的平顺性
ISO2631—1：1997(E)标准还规定了 站姿和卧姿受振模型
第六章汽车的平顺性
人体对不同方向的振动敏感性不一样
• 在表6-1给出了对各轴向的轴加权系数，系数越大，对此轴向振动越敏感
第六章汽车的平顺性
人体对不同频率的振动敏感性不一样
• 在图6-3给出了 各轴向0.580Hz的频率加 权函数(渐进线， 也就是近似的)， 函数值越大， 对此频率处的 振动越敏感
第六章汽车的平顺性
平顺性的评价指标
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算
方法2 • 对随机加速度的时间历程a(t)，先进行频谱
分析得到功率谱密度函数Ga(f)，计算得到aw
这种方法是频率域内计算的方法
第六章汽车的平顺性
•平顺性的评价指标
• 3) 当同时考虑Xs、Ys、Zs椅面这三个轴向振 动时，三个轴向的总加权加速度均方根值，按 下式计算（老国家标准GB/T 4970-1996 ） ：
第六章汽车的平顺性
平顺性的评价
• 一、人体对振动的反应：
– 机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作 用方向和持续时间，而且每个人的心理与身体素质不同， 故对振动的敏感程度有很大差异。
– 平顺性的评价比较困难，现在一般以国际标难化组织 (ISO) 制定的国际标准ISO2631：《人体承受全身振动评 价指南》为依据
• 椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数最敏感频率 范围为0.5—2Hz，大约在3Hz以下，水平振动比 垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率 范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。
第六章汽车的平顺性
平顺性的评价方法
• 注意几个符号
– a(t)：加速度的时间历程，是时间t的函数，是瞬时值 – aw(t) ：加权后的加速度的时间历程，也是时间t的函数；下标w
第六章汽车的平顺性
单质量系统的振动
• 车身单质量系统振动的动力学方程
•通解是对应齐次方程的通解与非齐次 方程一个特解之和组成。
•令：
•齐次方程为： •或：
加权函数w (f) (加权网络) ，得到加权加速度时 间历程aw(t)
注：一般（任意）加速度传感 器测量时先得到一个电压或 者电流信号，再经过一个网 络就可以得到加权值
第六章汽车的平顺性
平顺性的评价方法
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算 B、再按下式计算加权加速度均方根值：
式中，T为振动的分析时间，课本建议一般取120s。 这种方法是时间域内计算的方法
第六章汽车的平顺性
2020/11/28
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 引言:
– 平顺性的含义: 汽车的平顺性就是保持汽车在行驶过程中产生
的振动和冲击对承员舒适性的影响在一定界限之内， 对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。
平顺性主要是根据乘员的舒适性感觉来评价,但一些 标准往往是采用客观评价指标。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 左图是把汽车车身质量看作为刚体的 立体模型。
• 汽车的悬挂(车身)质量为m2，它由车 身、车架及其上的总成所构成。该质 量绕通过质心的横轴y的转动惯量为 Iy，悬挂质量通过减振器和悬架与车 轴、车轮相连接。
• 车轮、车轴构成的非悬挂(车轮)质量 为m1。车轮再经过具有一定弹性和 阻尼的轮胎支承在不平的路面上。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
补充一点： • 原来标准认为(参看第2版教材)：振动对人体的影响有三个
界限 – (1)暴露极限，是保护健康与安全界限，通常称为人体承
受振动的上限 – (2）疲劳—工效降低界限，此界限内能够保持工作效率 – (3) 舒适降低界限，保持舒适性界限。 A、暴露极限为疲劳—工效降低界限的2倍，疲劳—降低工
• 在讨论平顺性时，这一立体模型的车 身质量主要考虑垂直、俯仰、侧倾3 个自由度，4个车轮质量有4个垂直自 由度，共7个自由度。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 汽车对称于其纵轴线且左、右车 辙的不平度函数x(I)＝y(I)（也就 是左右车辙相同），此时汽车车 身只有垂直振动和俯仰振动，这 两个自由度的振动对平顺性影响 最大。
• 左图为汽车简化成4个自由度的 平面模型。
• 在这个模型中，又因轮胎阻尼较 小而予以忽略
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 把质量为m2，转动惯量 为Iy的车身按动力学等 效的条件分解为前轴上、 后轴上及质心C上的三 个集中质量m2f、m2r、 m2c，三个质量由无质 量的刚性杆连接，它们 的大小由下述三个条件 决定：
平顺性是舒适性的主要内容
•舒适性还包括：噪声、空调、
•乘坐环境（空间）、驾驶操作性能
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 汽车的平顺性可由下图所示的“路面--汽车--人” 系统的框图来分析：
第六章汽车的平顺性
随机振动的基本概念
振动 加速 度
时间 汽车车厢地板上测得的振动加速度波形
• 振动加速度随时间的变化是不确定的，这 种随时间变化的不规则振动叫随机振动。
（ weighted）代表加权的意思，也是瞬时值，一般来讲aw(t) ≠ a (t) – aw：一段时间T内的加权加速度的均方根值，不物理量）均值 μ、方差σ2 和均方值ψ2
•重要结论： •当均值为零时， 方差等于均方值， 标准差等于均方 根值
第六章汽车的平顺性
•注意：x、y轴方向有个1.4的系数，为什么
第六章汽车的平顺性
•平顺性的评价指标
• 4) 有些“人体振动测量仪”采用加权振级 Law(dB) ，它与加权加速度均方根值aw 换算， 按下式进行：
• a0为参考加速度均方根值， a0=10-6 m.s-2
– 表6—2给出了加权振级和加权加速度均方根值 与人的主观感觉之间的关系
• 随机振动是非周期振动，振动加速度里面有 各种频率成分。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 注意区别：
– 悬挂质量和非悬挂质量： 悬挂质量是悬架主弹簧上的质量，也称簧载质量，包括车身、 车架、发动机等；非悬挂质量是弹簧之下的质量，也称非簧 载质量，包括车轮，非独立悬架的车桥。联接车轮和车身、 车架的那部分元件的质量要按照其相应的功能关系分成悬挂 质量和非悬挂直量
第六章汽车的平顺性
人体坐姿受振模型
• ISO2631—1：1997(E)标准 规定了图6—2所示的人体坐 姿受振模型。
• 在进行舒适性评价时，它除 了考虑座椅支承面处输人点 3个方向的线振动，还考虑 该点3个方向的角振动，以 及座倚靠背和脚支承面两个 输入点各3个方向的线振动， 共3个输入点12个轴向的振 动。
第六章 汽车的平顺性
• 在ε＝1的情况下，当前 轮遇到路面不平度面引 起振动时，质量m2f运 动．而质量m2r不运动； 反之亦然。 因此，在这种特殊情况 下，可以分别讨论图6— 12上m2f和前轮轴以及 m2r和后轮轴所构成的两 个双质量系统的振动。
经常称为1/4汽车模型
第六章汽车的平顺性
双质量系统的振动
• 该系统除了具有前述车身 部分的动态特性外，还能 反映车轮部分在10-15Hz 范围产生高频共振时的动 态特性
• 它对平顺性和车轮的接 地 性有较大影响，更接近汽 车悬挂系统的实际情况
•经常称为1/4汽车模型
第六章汽车的平顺性
单质量系统的振动
• 在远离车轮部分固有频率 (10-15Hz)的较低激振频 率范围(如5Hz以下)，轮 胎变形很小，忽赂其弹性 与车轮质量，得到分析车 身垂直振动的最简单的单 质量系统。
•GB/T 4970-1996 称Law为等效均值 • 振动加速度aw增大10倍， Law增加20dB
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•平顺性的评价指标
•0.5
•ISO263 1
第六章汽车的平顺性
•平顺性的评价指标
• （二)辅助评价方法： • 当峰值系数＞9时，ISO2631—1：1997(E)标准规
定用均4次方和根值的方法来评价，它能更好地估 计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人 体的影响，此时采用辅助评价方法——振动剂量值 (VDV,vibration dose value)为：
– 许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价，我国对相应标准 进行了修订，公布了GB／T4970—1996《汽车平顺性随机 输入行驶试验方法》。现在又有新国家标准GB/T 49702009 《汽车平顺性试验方法》
•我们国家的GB/T 13441.1-2007 《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动 的评价 第1部分：一般要求》也是等效采用等效采用ISO2631-1：1997(E) 制定的
• 标准规定靠背水平轴向可以由椅面水平轴向代替，此时轴 加权系数取k＝1.4。因此，我国在修订的相应标准GB／ T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验力法》时， 评价汽车平顺性就考虑椅面Xs、Ys、Zs三个轴向。
• 新标准 GB／T4970-2009采用座椅、靠背和脚三个点、各 三个方向的线振动，共9个轴向
•ISO2631认为：此处的T与式（6-1）相同
•新国家标准GB/T 4970-2009认为是作用时间，即：从前轮接触凸块 到汽车驶过凸块且冲击响应消失时间段
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• §6.3 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：
• 汽车是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问 题进行简化。
效界限为降低舒适界限的3.15倍 B、三个界限、极限都随着时间的增加而降低
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 椅面垂直轴向Zs的频率加权函数最敏感频率范围 标准规定为4—12.5Hz，在4—8Hz这个频率范围， 人的内脏器官产生共振，而8—12.5Hz频率范围 的振动对入的脊椎系统影响很大。
第六章汽车的平顺性
ISO2631—1：1997(E)标准还规定了 站姿和卧姿受振模型
第六章汽车的平顺性
人体对不同方向的振动敏感性不一样
• 在表6-1给出了对各轴向的轴加权系数，系数越大，对此轴向振动越敏感
第六章汽车的平顺性
人体对不同频率的振动敏感性不一样
• 在图6-3给出了 各轴向0.580Hz的频率加 权函数(渐进线， 也就是近似的)， 函数值越大， 对此频率处的 振动越敏感
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平顺性的评价指标
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算
方法2 • 对随机加速度的时间历程a(t)，先进行频谱
分析得到功率谱密度函数Ga(f)，计算得到aw
这种方法是频率域内计算的方法
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•平顺性的评价指标
• 3) 当同时考虑Xs、Ys、Zs椅面这三个轴向振 动时，三个轴向的总加权加速度均方根值，按 下式计算（老国家标准GB/T 4970-1996 ） ：
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平顺性的评价
• 一、人体对振动的反应：
– 机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作 用方向和持续时间，而且每个人的心理与身体素质不同， 故对振动的敏感程度有很大差异。
– 平顺性的评价比较困难，现在一般以国际标难化组织 (ISO) 制定的国际标准ISO2631：《人体承受全身振动评 价指南》为依据
• 椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数最敏感频率 范围为0.5—2Hz，大约在3Hz以下，水平振动比 垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率 范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。
第六章汽车的平顺性
平顺性的评价方法
• 注意几个符号
– a(t)：加速度的时间历程，是时间t的函数，是瞬时值 – aw(t) ：加权后的加速度的时间历程，也是时间t的函数；下标w
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单质量系统的振动
• 车身单质量系统振动的动力学方程
•通解是对应齐次方程的通解与非齐次 方程一个特解之和组成。
•令：
•齐次方程为： •或：
加权函数w (f) (加权网络) ，得到加权加速度时 间历程aw(t)
注：一般（任意）加速度传感 器测量时先得到一个电压或 者电流信号，再经过一个网 络就可以得到加权值
第六章汽车的平顺性
平顺性的评价方法
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算 B、再按下式计算加权加速度均方根值：
式中，T为振动的分析时间，课本建议一般取120s。 这种方法是时间域内计算的方法
第六章汽车的平顺性
2020/11/28
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 引言:
– 平顺性的含义: 汽车的平顺性就是保持汽车在行驶过程中产生
的振动和冲击对承员舒适性的影响在一定界限之内， 对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。
平顺性主要是根据乘员的舒适性感觉来评价,但一些 标准往往是采用客观评价指标。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 左图是把汽车车身质量看作为刚体的 立体模型。
• 汽车的悬挂(车身)质量为m2，它由车 身、车架及其上的总成所构成。该质 量绕通过质心的横轴y的转动惯量为 Iy，悬挂质量通过减振器和悬架与车 轴、车轮相连接。
• 车轮、车轴构成的非悬挂(车轮)质量 为m1。车轮再经过具有一定弹性和 阻尼的轮胎支承在不平的路面上。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
补充一点： • 原来标准认为(参看第2版教材)：振动对人体的影响有三个
界限 – (1)暴露极限，是保护健康与安全界限，通常称为人体承
受振动的上限 – (2）疲劳—工效降低界限，此界限内能够保持工作效率 – (3) 舒适降低界限，保持舒适性界限。 A、暴露极限为疲劳—工效降低界限的2倍，疲劳—降低工
• 在讨论平顺性时，这一立体模型的车 身质量主要考虑垂直、俯仰、侧倾3 个自由度，4个车轮质量有4个垂直自 由度，共7个自由度。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 汽车对称于其纵轴线且左、右车 辙的不平度函数x(I)＝y(I)（也就 是左右车辙相同），此时汽车车 身只有垂直振动和俯仰振动，这 两个自由度的振动对平顺性影响 最大。
• 左图为汽车简化成4个自由度的 平面模型。
• 在这个模型中，又因轮胎阻尼较 小而予以忽略
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 把质量为m2，转动惯量 为Iy的车身按动力学等 效的条件分解为前轴上、 后轴上及质心C上的三 个集中质量m2f、m2r、 m2c，三个质量由无质 量的刚性杆连接，它们 的大小由下述三个条件 决定：
平顺性是舒适性的主要内容
•舒适性还包括：噪声、空调、
•乘坐环境（空间）、驾驶操作性能
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 汽车的平顺性可由下图所示的“路面--汽车--人” 系统的框图来分析：
第六章汽车的平顺性
随机振动的基本概念
振动 加速 度
时间 汽车车厢地板上测得的振动加速度波形
• 振动加速度随时间的变化是不确定的，这 种随时间变化的不规则振动叫随机振动。
（ weighted）代表加权的意思，也是瞬时值，一般来讲aw(t) ≠ a (t) – aw：一段时间T内的加权加速度的均方根值，不物理量）均值 μ、方差σ2 和均方值ψ2
•重要结论： •当均值为零时， 方差等于均方值， 标准差等于均方 根值
第六章汽车的平顺性
•注意：x、y轴方向有个1.4的系数，为什么
第六章汽车的平顺性
•平顺性的评价指标
• 4) 有些“人体振动测量仪”采用加权振级 Law(dB) ，它与加权加速度均方根值aw 换算， 按下式进行：
• a0为参考加速度均方根值， a0=10-6 m.s-2
– 表6—2给出了加权振级和加权加速度均方根值 与人的主观感觉之间的关系
• 随机振动是非周期振动，振动加速度里面有 各种频率成分。
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 注意区别：
– 悬挂质量和非悬挂质量： 悬挂质量是悬架主弹簧上的质量，也称簧载质量，包括车身、 车架、发动机等；非悬挂质量是弹簧之下的质量，也称非簧 载质量，包括车轮，非独立悬架的车桥。联接车轮和车身、 车架的那部分元件的质量要按照其相应的功能关系分成悬挂 质量和非悬挂直量
第六章汽车的平顺性
人体坐姿受振模型
• ISO2631—1：1997(E)标准 规定了图6—2所示的人体坐 姿受振模型。
• 在进行舒适性评价时，它除 了考虑座椅支承面处输人点 3个方向的线振动，还考虑 该点3个方向的角振动，以 及座倚靠背和脚支承面两个 输入点各3个方向的线振动， 共3个输入点12个轴向的振 动。