汽车理论版课件6162.ppt

1、第六章 汽车的平顺性第六章 汽车的平顺性 本章将具体研究以下内容：人体对振动的反应和平本章将具体研究以下内容：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；汽车振动系统的顺性的评价；路面不平度的统计特性；汽车振动系统的简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数的影响；汽车平顺性的测试等。的影响；汽车平顺性的测试等。本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。2第六章 汽车的平顺性 什么是汽车平顺性？什么是汽车平顺性？保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有

2、一定舒适程度和保持货物完好的性能。有一定舒适程度和保持货物完好的性能。为什么要研究汽车的平顺性？为什么要研究汽车的平顺性？振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康，振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康，影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。3振动系统振动系统弹性元件弹性元件阻尼元件阻尼元件车身、车轮质量车身、车轮质量输入输入路面不平度路面不平度车速车速发动机、传动系和车轮等旋发动机、传动系和车轮等旋转部件的非平衡干扰转部件的非平衡干扰输出输出车身传至人体

3、的加速度车身传至人体的加速度悬架弹簧的动挠度悬架弹簧的动挠度车轮与路面间的动载荷车轮与路面间的动载荷评价指标评价指标加权加速度均方根值加权加速度均方根值撞击悬架限位的概率撞击悬架限位的概率行驶安全性行驶安全性 本章将围绕人体对振动的反应和平顺性本章将围绕人体对振动的反应和平顺性的评价指标、路面不平度的统计特性（振动的评价指标、路面不平度的统计特性（振动系统的输入）、振动系统的动力学分析、振系统的输入）、振动系统的动力学分析、振动系统的输出特性等内容而展开。动系统的输出特性等内容而展开。第六章 汽车的平顺性本章将本章将不考虑不考虑4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

4、、人体坐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。姿受振模型、平顺性的评价方法等。第六章 汽车的平顺性5一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应人体对振动的反应人体对振动的反应垂直方向垂直方向412.5Hz水平方向水平方向0.52Hz人体最敏感人体最敏感传至人体的振动加速度传至人体的振动加速度人体对水平方向的振人体对水平方向的振动比垂直方向更敏感动比垂直方向更敏感心理心理生理生理思考：公交车和长途思考：公交车和长途客车在设计时对平顺客车在设计时对平顺性的要求有何不同？性的要求有何不同？客观因素客观因素主观因素主观因素第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动

5、的反应和平顺性的评价持续时间持续时间强度强度作用方向作用方向频率频率6 1974年国际标准化组织制定了国际标准年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：人人体承受全身振动评价指南体承受全身振动评价指南 1997年公布了年公布了ISO26311：人体承受全身振动评价人体承受全身振动评价第一部分：一般要求第一部分：一般要求 我国对相应国际标准进行了修订，公布了我国对相应国际标准进行了修订，公布了GB/T4970 1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法汽车平顺性随机输入行驶试验方法国际、国内与平顺性评价方法相关的标准国际、国内与平顺性评价方法相关的标准第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

6、人体对振动的反应和平顺性的评价7人体坐姿受振模型人体坐姿受振模型共共3个输入点、个输入点、12个方向的振动个方向的振动第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价8位置位置坐标轴名称坐标轴名称频率加权函数频率加权函数轴加权系数轴加权系数k座椅支承面座椅支承面wd1.00wd1.00wk1.00we0.63we0.40we0.20靠背靠背0.80wd0.50wd0.40脚脚wk0.25wk0.25wk0.40频率加权函数和轴加权系数频率加权函数和轴加权系数第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sxbxfxsyfyfzbybzszx

7、ryrzrcw9即人对座椅传给人体的振动最敏感即人对座椅传给人体的振动最敏感思考：由轴加权系数的不同取值可否思考：由轴加权系数的不同取值可否确定人体对哪个点输入的振动最敏感？确定人体对哪个点输入的振动最敏感？第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sssxyz、10ISO2631-1：1997（E）标准还规定）标准还规定当当评价振动对健康的影响评价振动对健康的影响时时 只考虑只考虑 这三这三个轴向振动，且个轴向振动，且 两两个水平轴向的轴加权系数个水平轴向的轴加权系数取取 k=1.4=1.4。靠背水平轴向靠背水平轴向 可以由椅面水平轴向可以由椅面水平轴向 代替

8、，此时轴加权系数取代替，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我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面 三个轴向振动。三个轴向振动。第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sssxyz、sx、syssxy、bbxy、sssxyz、11人体对不同频率的振动敏感程度不同人体对不同频率的振动敏感程度不同 最敏感的频率范最敏感的频率范围是围是412.5Hz。在。在48Hz频率范围频率范围，人的内，人的内脏器官产生共振；脏器官产生共振；812.5Hz频率范围，频率范围，对人对人的脊椎系统影响很大。的脊椎系统影响很大。最敏感的频率范最敏感的

9、频率范围是围是0.52Hz。大约在。大约在3Hz以下，人体对水平振动比对以下，人体对水平振动比对垂直振动更敏感，且汽车车垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围内身部分系统在此频率范围内产生共振，故应对水平振动产生共振，故应对水平振动给予充分重视。给予充分重视。第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价ssxy、sz12各轴向的频率加权函数（渐近线）各轴向的频率加权函数（渐近线）k0.50.5Hz2Hz/42Hz4Hz14Hz12.5Hz12.5/12.5Hz80Hzfffwffff d1(0.5Hz2Hz)2/2Hz80Hzfwfff c1(0.5Hz8

10、Hz)8/8Hz80Hzfwfff e1(0.5Hz1Hz)1/1Hz80Hzfwfff频率加权函数频率加权函数第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价13二、平顺性的评价方法1.基本评价法（1）计算各轴向加权加速度均方根值aw1）滤波网络法 将测得的将测得的 通过相通过相应的频率加权函数应的频率加权函数 的滤波网络，得到加权加的滤波网络，得到加权加速度时间历程速度时间历程 。2102wwd1TttaTa2）频谱分析法 对对 进行频谱分进行频谱分析，得到功率谱密度析，得到功率谱密度函数函数 。21805.0a2wdffGfWa第一节第一节 人体对振动的反应和平

11、顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价 wat a t w f a t aGf14（2）三个方向总加权加速度均方根值12222wwww1 41 4/xyza.a.aa思考：为什么乘以系数思考：为什么乘以系数1.4？（3）总加权振级Law0waw/20lgaaLa0参考加速度均方根值，参考加速度均方根值，。62010 m/sa第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价15（4）评价方法Law和和aw与人的主观感觉之间的关系与人的主观感觉之间的关系加权加速度均方根值加权加速度均方根值aw加权振级加权振级Law人的主观感觉人的主观感觉2.0126极不舒适极不舒适第一

12、节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价16位置位置坐标轴坐标轴名称名称频率加频率加权函数权函数轴加权轴加权系数系数k加权加速度加权加速度均方根值均方根值峰值峰值系数系数座椅座椅支承支承面面wd1.000.0805.0wd1.000.1144.7wk1.000.4075.5we0.630.1064.9we0.400.0855.0we0.200.0114.5频率加权函数和轴加权系数频率加权函数和轴加权系数European轿车上振动测量结果轿车上振动测量结果第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价sxsyszxrzryr17位置位置坐

13、标轴坐标轴名称名称频率加频率加权函数权函数轴加权轴加权系数系数k加权加速度加权加速度均方根值均方根值峰值峰值系数系数靠背靠背0.800.2124.3wd0.500.0874.4wd0.400.1404.9wk0.250.0905.4脚脚wk0.250.0935.1wk0.400.3196.20.628122vvjaa第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价频率加权函数和轴加权系数频率加权函数和轴加权系数European轿车上振动测量结果轿车上振动测量结果bxbybzfxfyfzcw182.辅助评价法 当峰值系数当峰值系数 9时，时，ISO 2631-1：199

14、7（E）标准规定用）标准规定用加权加速度加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大次方根值评价。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评价方法 振动剂量值。振动剂量值。75.14104wms/dVDVTtta第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价19下一节下一节本节内容结束本节内容结束第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价20第六章 汽车的平顺性 本节将介绍路面空间频率的功率谱密度，路面本节将介绍路面空间频率的功率

15、谱密度，路面等级，时间频率的功率谱密度，路面对四轮汽车输等级，时间频率的功率谱密度，路面对四轮汽车输入的功率谱密度等。入的功率谱密度等。第二节路面不平度的统计特性21一、路面不平度的功率谱密度1.路面不平度函数 路面相对基准平面的高度路面相对基准平面的高度 q，沿道路走向长度，沿道路走向长度 I 的变化的变化 q（I）称为路面不平度函数。）称为路面不平度函数。用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性222.路面不平度的功率谱密度 1）的拟合公式 00WqqnGnGnnn空间频率空间频率（m-1），表示

16、每米长度包括几个波长；，表示每米长度包括几个波长；参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路面不平度系数；面不平度系数；n0参考空间频率，参考空间频率，n0=0.1m-1；W频率指数。频率指数。第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性0()qG n()qG n()qG n23路面等级路面等级Gq(n0)/(10-6m3)（n0=0.1m-1）q/(10-3m)0.011m-1n2.83m-1 几何平均值几何平均值几何平均值几何平均值A163.81B647.61C25615.23D102430.45E409660.90F16384121.80G65

17、536243.61H262144487.222）路面不平度8级分类标准第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性24路面不平度分级图路面不平度分级图第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性254()(2)()qqG nn G n2()(2)()qqG nn G n3）速度功率谱密度和加速度功率谱密度速度功率谱密度速度功率谱密度加速度功率谱密度加速度功率谱密度当当W=2时时200()(2)()qqG nnG n与与n无关无关“白噪声白噪声”第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性26二、空间频率功率谱密度 化为时间频率功率谱密度unf nuf 当空间频率当

18、空间频率 n 或带宽或带宽 n 一定时，时间频率一定时，时间频率 f 与带宽与带宽f 随车速成正比随车速成正比变化。变化。第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性()()qqG nG f车速()qG n()qG f27将将 代入代入 20limqnqnGnn2nq 210limqqqnGfGnunu n单位频带内的单位频带内的“功率功率”（均方值）即为功率谱密度。（均方值）即为功率谱密度。空间频率的功率谱密度空间频率的功率谱密度路面功率谱密度在频带路面功率谱密度在频带n内包含的内包含的“功率功率”。nuf第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 20limqnqfG

19、ff28空间频率和时间频率谱密度的关系空间频率和时间频率谱密度的关系时间频率谱密时间频率谱密度度Gq(f)空间频率谱空间频率谱密度密度Gq(n)第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性n2 nq)(nGqfnf21nfnf2u=1/2u=1u=212112Gq(f)n速度速度u不同时，空不同时，空间频率与时间频间频率与时间频率的关系率的关系29 22000201qqqnuGfGnGnnunf ttqtqd/d 22d/dttqtq 2220024qqqGffGfGnn u 442200216qqqGffGfGnn uf第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性30 2

20、002qquGfGnnfuGq(n0)第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 对上式的等对上式的等式两边取对数式两边取对数后作图，得到后作图，得到位移功率谱密位移功率谱密度。度。31uGq(n0)22004qqGfGnn u第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 对上式的等对上式的等式两边取对数式两边取对数后作图，得到后作图，得到速度速度功率谱密功率谱密度。度。32uGq(n0)4220016qqGfGnn uf第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 对上式的等对上式的等式两边取对数式两边取对数后作图，得到后作图，得到加速度加速度功率谱功率谱密度

21、。密度。33三、路面对四轮汽车输入的功率谱密度 IxIq1 LIxIq2 IyIq3 LIyIq4第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性34 汽车有四个输入的振动传递时，要掌握四个车轮输入汽车有四个输入的振动传递时，要掌握四个车轮输入的自谱和四个车轮彼此间的互谱，共的自谱和四个车轮彼此间的互谱，共16个谱量个谱量 2，3，4），其中），其中12个谱量两两共轭。个谱量两两共轭。1lim*ikikTGnFn FnT nXIxFIqFnF11 nLnXLIxFIqFnFj222e nYIyFIqFnF33 nLnYLIyFIqFnFj244e四个车轮不平度函数的傅里叶变换为四个车轮不

22、平度函数的傅里叶变换为第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 nGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnGnLnLnLnLyx*2442xy*31132yx*23322xy*41142yy*43342xx*2112yy4433xx2211()(,1,ikGn i k 35左、右轮迹间的互谱可以表示为左、右轮迹间的互谱可以表示为 nxyxyxynGnGje nGnGnGnyyxxxyxy22coh两个轮迹的相关函数为两个轮迹的相关函数为第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 侧倾角位移功率谱密度侧倾角位移功率谱密

23、度G(n)与垂直位移功率谱密度与垂直位移功率谱密度 的的比值与相干函数比值与相干函数 的关系为的关系为 22/1 cohqxyGnGnnB qGn cohxyn36 与与G(n)/曲线曲线第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性 cohxyn qGn37当两个轮迹当两个轮迹x（I）、）、y（I）的统计特性相同，即）的统计特性相同，即 cohxyyxxyqGnGnn Gn且相位谱且相位谱 时时 xxyyqGnGnGn 0 xyn nGnGnGnyyxxxyxy22coh j2j2j2j2j2j2j2j21ecohcohee1cohecohcohcohe1ecohecohe1nLnLnLnLikqnLnLnLnLnnnnnnnnnnGG路面对四轮汽车输入的谱矩阵最后可以表示为路面对四轮汽车输入的谱矩阵最后可以表示为第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性38下一节下一节第二节第二节 路面不平度的统计特性路面不平度的统计特性本节内容结束本节内容结束