汽车的平顺性--(路面谱)
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
:
什么是汽车的平顺性？它与那些因素有关？
什么是汽车的平顺性？它与那些因素有关？今天来给大家说说汽车的行驶平顺性。
一说到平顺性，有些人可能会说了，我的车换档平顺，加速顺畅，挺好开的。
所以我的车平顺性很好。
这种说法对吗？什么是汽车的行驶平顺性？汽车在行驶时，对路面不平度的隔振特性，称为汽车的平顺性。
具体来说，就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，它是现代高速汽车的主要性能之一。
汽车平顺性的主要内容就是汽车振动系统的动态特性，而汽车的振动极其复杂，老侯愚钝，不能述其一二，只能从实用的角度出发，说说它的评价指标以及影响平顺性的因素。
汽车平顺性评价方法汽车平顺性评价方法大致可分为主观评价法和客观评价法。
都是基于人体对于汽车振动的反应做出的评价。
01主观评价法依靠评价人员乘坐的主观感觉进行评价，其主要考虑人的因素。
进行汽车平顺性主观评价时，由其有经验的驾驶员和乘客组成的专门小组按预定方式驾驶或乘坐一组车辆来主观评价行驶平顺性的水平或特征；然后完成相应的主观评价表，最后综合确定车辆的乘坐舒适性。
现行的主观评价方法主要是模糊层次分析法。
02客观评价法是借助于仪器设备来完成随机振动数据的采集、记录和处理，通过得到相关的分析值与对应的限制指标相比较，作出客观评价。
我国参照国际ISO2631的规定，根据我国的具体情况，制定了《汽车平顺性随机输入试验方法》，通过实验得出的结论是：1评价平顺性的指标主要取决于垂直振动。
通过对人体坐姿受振模型的分析，得出的结论是垂直振动对人的舒适性影响最大。
2货车和轿车、客车用不同的车速特性来评价平顺性。
货车采用“疲劳——降低功效界限”来评价。
疲劳——降低功效界限是指驾驶员承受振动在此极限内时，能准确灵敏的反应，能保持正常驾驶。
它与保持工作效率有关。
轿车和客车采用“舒适降低界限”来评价在此极限内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，并能顺利完成吃、读、写等动作。
基于越野路面谱汽车行驶平顺性建模与仿真
基于越野路面谱汽车行驶平顺性建模与仿真1 引言汽车的行驶平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境中具有一定舒适度的性能，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能，它是评价现代汽车的重要性能指标之一。
随着汽车工业的发展，如何改善汽车行驶平顺性，已经成为汽车设计者十分关注的问题。
汽车行驶时,路面的不平度会引起汽车的振动。
当这种振动达到一定程度时，将使乘客感到不舒适和疲劳、或使运载的货物损坏，汽车行驶平顺性正是根据乘座者的舒适度来评价汽车性能的，又可称为乘座舒适性。
汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通过车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。
在激振力作用下，如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，系统将发生复杂的振动，对乘员的生理反取决于行驶平顺性，而被迫降低行车速度，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，降低了汽车使用寿命。
此外，振动还引起能量的消耗，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。
1.1研究的意义中国作为发展中国家，在过去的20多年里，国民经济持续、健康、快速发展，汽车工业也取得了跨越式的发展，我国的汽车生产能力也得很大的提高。
近几年来，我国私人汽车拥有量快速增长，道路的建设，汽车行驶里程越来越远，乘客乘坐时间越来越长，汽车的行驶平顺性更加受到生产厂家及用户的关注。
私人汽车拥有量快速增长,道路的建设，汽车行驶里程越来越远，乘客乘坐时间越来越长，汽车的行驶平顺性更加受到生产厂家及用户的关注。
舒适的振动环境，对于乘员，不仅在行驶过程中很重要，而且可以保证乘员到达目的地后，以良好的状态投入工作。
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》
汽车理论第6章 汽车的平顺性2016
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
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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
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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）
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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
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何谓汽车的行驶平顺性汽车行驶平顺性的评价指标是什么简述ISO
何谓汽车的行驶平顺性汽车行驶平顺性的评价指标是什么简述ISO第一篇：何谓汽车的行驶平顺性汽车行驶平顺性的评价指标是什么简述ISO《汽车理论》习题集第六章121．何谓汽车的行驶平顺性？汽车行驶平顺性的评价指标是什么？简述ISO-2631《人承受全身振动的评价指南》标准的有关内容？其评价方法又是什么？122．何谓路面不平度的功率谱和路面对汽车输入谱（即激励谱）。
123．何谓悬架的弹性特性？它对汽车的行驶平顺性有何影响？124．“疲劳-功效降低极限”振动加速度允许值的大小与哪些因素有关？125．空间频率谱密度与时间频率谱密度的换算关系式如何？请用图说明其关系。
126．什么是频率加权函数、加权均方根值、总加权振级？ 127．试述汽车单自由度和二自由度振动模型的特点。
128．已知悬架固有频率，如何确定求悬架弹簧刚度和静挠度？129．悬架弹簧较软有何好处？会带来什么问题？130．画出汽车平顺性试验的仪器框图。
131．如何选择汽车悬架的固有频率和阻尼比？132．测得汽车坐椅的加权均方根值为某值（例如0.7，1.2m/s2等等），该位置舒适度如何？133．设通过座椅支承面传至人体垂直加速度的谱密度为一白噪声，Ga(f)=0.1m2·s-3。
求在0.5~80Hz频率范围内加权加速度均方根值aw和加权振级Law。
134．设车速u=20m/s，路面不平度系数Gq（n0）=2.56×10-8m3，参考空间频率n0=0.1m-1。
画出路面垂直位移、速度和加速度Gq(f)、Gq&(f)、Gq&&(f)的谱图。
画图时要求用双对数坐标，选好坐标刻度值，并注明单位。
135．设车身－车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率f0=2Hz。
它行驶在波长λ=5m的水泥接缝路面上，求引起车身部分共振时的车速ua(km/h)。
该汽车车轮部分的固有频率ft=10Hz，在沙石路面上常用车速为30km/h。
第六章 汽车的平顺性
1 2
轴加权系 数k 1.00 1.00 1.00
0.63 0.40 0.20 0.80 0.50 0.40 0.25 0.25 0.40
加权加速度均 峰值系 方根值 数 0.080 5.0 0.114 4.7 0.407 5.5
0.106 0.085 0.011 0.212 0.087 0.140 0.090 0.093 0.319 0.628 4.9 5.0 4.5 4.3 4.4 4.9 5.4 5.1 6.2
个水平轴向的轴加权系数
取 k=1.4。
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。
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 人体对不同频率的振动敏感程度不同
z s 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；8～ 12.5Hz频率范围，对人
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 （4）评价方法 Law和aw与人的主观感觉之间的关系
加权加速度均方根值aw <0.315
0.315～0.63 0.5 ～1.0
加权振级Law 110
110 ～116 114 ～120
人的主观感觉 没有不舒适
有一些不舒适 相当不舒适
0.8 ～1.6
0.5 0.5Hz f 2Hz f / 4 2Hz f 4Hz wk f 1 4Hz f 12.5Hz 12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
1 (0.5Hz f 2Hz) wd f 2Hz f 80Hz 2 / f
第六章汽车的平顺性解析
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
0称为系统固有圆频率，定义阻尼比
C n / 0 2 2m2 K
方程的解为
2 z (t ) Ae nt sin( 0 n 2 t )
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
单自由度自由ห้องสมุดไป่ตู้动衰减曲线
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
式中 n—空间频率，m-1 n0—0.1 m-1
w
Gq(n0)—路面不平度系数(m2/m-1)
w—频率指数，一般取为2
第二节 路面不平度的统计特征
第二节 路面不平度的统计特征
第二节 路面不平度的统计特征
路面空间频率谱密度化为时间谱密度 1.空间频率与时间频率的关系 f=un 这里n是空间频率(每米波长数)。u是车速(m/s)，f是时间频率(Hz,每 秒波长数)。 2.路面时间谱密度与空间频率谱密度的关系
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
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 xI yI ，并忽略 轮胎阻尼后，汽车立体模 型可简化为平面模型。
简化前后应满足以下三个条件 1）总质量保持不变
m2f m2r m2c m2
Kq Cz Kz Cq m2 z
C K C K z z z q q m2 m2 m2 m2
令 2n=C/m2，20=K/ m2， 齐次方程变为
2 2nz 0 z z0
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
汽车单自由度振动模型
2）质心位置不变
m2f a m2r b 0
第六章 汽车的平顺性
均方根值 X rms E[ X 2 (t)]
方差
D[
X
(t
)]
2 X
E[(X (t) X )2]
标准差
（均方差）
X
E[(X (t) X )2 ]
当 X 0 时 ： X rms X
武汉科技大学车辆工程教研室
随机振动基本概念
2. 随机过程的统计特征
自相关函数 RX ( ) E[ X (t)X (t )]
（1）振动对人体的影响，取决于振动强度、 频率、作用方向、持续时间。
（2）70年代 ISO2631《人承受全身振动的评 价指南》。
（3）以短时间简谐振动实验为基础，1985年 开始不断补充、修正，直到1997年 。
武汉科技大学车辆工程教研室
一、人体对振动的反应
1．ISO2631－1：1997(E)简介 （4）ISO2631－1：1997(E)《人承受全身振动
Gq
n
Gq
n0
n n0
2
Gq n 2n0 2 Gq n0
白噪声
武汉科技大学车辆工程教研室
二、 将 Gq n 化为 Gq f
1．关系 f = un Δf=uΔn
定义：
Gq
n
lim
2 qn
n0 n
式中
2 q
－n路面谱在频带Δn内包含的“功率”。
且
Gq
f
lim
2 q n
f 0 f
Gq
n
(n)n
武汉科技大学车辆工程教研室
二、 将 Gq n化 为 Gq f
2．位移谱
Gq
f
1 u
Gq
n0
n n0
2
Gq n0 n02
第五章 汽车平顺性
第五章汽车平顺性5.1概述汽车在道路上行驶时，会因路面凹凸不平而产生振动。
汽车平顺性试验就是试验并评价因汽车振动使乘客感到不舒适或疲劳（或者使运载的货物造成损坏）的程度的试验。
汽车平顺性试验的主要对象是“路面—汽车—人（或货物）”系统。
在这个系统中，输入是路面不平度，它经过汽车的轮胎、悬架及座垫等弹性元件滤波后传到人体，再由人的生理、心理和机械等复杂因素的综合产生系统的输出——人（或货物）对振动的响应。
在制订汽车平顺性的试验方法和评价指标时，都是针对上述整个系统而不是其中的某一个环节。
汽车平顺性试验一般分为评价性和改进性试验两种。
所谓评价性试验，就是对已生产出来的汽车进行平顺性试验，并用相应的评价指标评价其平顺性。
所谓改进性试验，就是根据前次试验结果，对不理想的平顺性指标查找原因，进行结构改进，再进行平顺性试验，评价改进效果，这样反复进行试验，最后达到提高平顺性的目的。
由于改进试验方法多种多样，并随试验技术的发展而变化，因此这里主要讨论评价性试验。
评价性试验又分为主观感觉评价试验和客观物理量评价试验两种。
主观感觉评价试验就是依靠试验人员乘坐的主观感觉进行试验评价，同时也包括通过测定有关人体生理学、心理学变化的情况进行分析的内容。
客观物理量评价试验，首先对振劝测定位移、速度、加速度等物理量，然后根据测定结果进行评价，并且在评价过程中，要对测取的物理量按与人的感觉有关的标准等进行平顺性评价指标运算。
从客观物理量评价过程来看，它是建立在主观感觉评价试验基础之上进行的。
5.2路面平度的统计特性汽车在道路上行驶时，路面的凹凸不平是引起汽车振动的主要原因。
在我国，非铺装的砂石路面占有相当的比例，即使是铺装路面，由于施工质量和维护质量差等原因也是相当不平的。
因此，在研究汽车平顺性时，总是把路面输入视为最重要的因素。
路面的种类极其繁多，各种路面的平度特性也不相同，但如果从引起汽车振动出发，大致可以分为以下两种：一种是接近平衡随机的不平路面，其不平整主要是由于在施工和使用过程中的一些随机因素而形成的，不平整状态比较均匀，例如一般的沥青咱面、砂石路面。
第六章汽车的平顺性
二﹑空间频率功率谱密度 Gq(n) 化为时间频率 功率频谱密度 Gq( f )
考虑车速u的影响 Gq (n) Gq ( f ) 汽车以一定车速u驶过空间频率n的路面平 度时输入的时间频率 f=un
图6—6
时间频率带宽 f un
w02
K m2
q
则齐次方程为：
••
•
z 2n z w02 z 0
阻尼运动的影响取决于n和w0的比值 ，
称为阻尼比
n C
w0 2 m2 K 汽车悬架系统的阻尼 通常在0.25左右，属于小阻尼。
该微分方程的解为 z Aent sin( w02 n2 t a)
图6—14
2．阻尼比对衰减振动的影响
评价方法：根据乘员舒适程度评价
汽车振动系统及其评价指标
输入－振动系统－输出－评价指标
输 入：路面不平度、 车速。 振动系统：弹性元件、阻尼元件、车身、
车轮质量。 输 出：车身传至人体加速度、悬架弹簧
动动挠度、车轮于路面之间的 动载荷。 评价指标：加权加速度均方根值、撞击悬 架限位概率、行驶安全性。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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 人体坐姿受振模型：座椅支承面处输入点3个 方向的线振动，及该点3个方向的角振动，座椅 靠背和脚支承面两个输入点个3个方向的线振动。
图6—3 各轴向频 率加权函数
1.人体对振动的响应
人体对振动的响应取决于：①频率与强度； ②作用方向； ③暴露时间。
x(I),y(I)的自谱、互谱分别为
Gxx (n) . Gyy (n). Gxy (n)和 Gyx (n)
第六章 汽车的平顺性
max[a w (t)] 振动波形峰值系数＝ aW
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 方法1 A、对随机加速度的时间历程，也就是a(t)，通过 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
超过一定界限，以保持乘员的舒适性。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
日本对370名拖拉机司机的调查，发现他们之中，骨关节、胸部和腰椎发生 病变的比例分别为71%、52%和8%，腰椎和胸部同时发现病变的高达40%， 而且接触振动时间越长，发生病变的比例越高，从业10年以上的人病变比例 竟高达80%。 当振动加速度达到65dB（分贝）时，对睡眠有轻微影响；达到69dB时，所 有轻睡的人将被惊醒；达到74dB时，除酣睡的人外，其他人将惊醒；达到 79dB时，所有的人都将惊醒。
• 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：
第六章 汽车的平顺性
1)总质量不变： 2)质心位置不变：
m2 f m2 r m2c m2 m2 f a m2 r b 0
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：
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。 • 随机振动是非周期振动，振动加速度里面有 各种频率成分。
汽车理论__6章汽车的平顺性
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。
路面谱名词解释
路面谱名词解释
路面谱（Road Spectrum）是指路面不平度的功率谱密度曲线，用于描述道路表面凹凸起伏的空间频率特性，通常用来研究轮胎与路面之间的振动特性，并提供振动响应分析所需的输入。
路面谱是道路工程领域中重要的物理量，用于评估路面的平整程度、行车舒适性以及轮胎的磨损等。
路面谱的测量通常采用位移功率谱密度（Displacement Power Spectral Density, DSP）或速度功率谱密度（Velocity Power Spectral Density, VPS）的方法进行。
其中，DSP方法使用较多，可以通过在路面表面安装传感器，如加速度传感器、位移传感器等，采集路面的振动数据，并通过信号处理技术得到路面谱。
路面谱的应用非常广泛，如可用于研究车辆悬挂系统、轮胎设计、路面设计等，以提高车辆行驶的平顺性、舒适性和安全性。
同时，路面谱还可用于评估路面的使用性能和寿命，为道路养护和维修提供依据。
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。
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⎛n⎞ −1 Gq (n) = Gq (n0 )⎜ ⎟ ，其中n0 = 0.1m ⎜n ⎟ ⎝ 0⎠ Gq (n0 )参考空间频率下的功率谱密度 路面不平度系数，通常取w = 2
按路面功率谱密度把路面按不平度分为8级，A~H
⎛ n ⎞ ⎟ G q ( n ) = G q ( n 0 )⎜ ⎜ n ⎟ ⎝ 0 ⎠
Gq ( f ) = lim
Δf →0
Δf
1 1 = lim = lim = Gq (n) Δn →0 uΔn Δn →0 Δn u u
空间谱转化为时间频率谱
10
2
10
0
10
-2
时间频率f
10
-4
10
-6
H G F E D C B A
PSD [m2 /Hz]
10
-8
10
-10
10
-1
10
0
10
1
空间频率n
功率谱的物理意义是单位频带内的功率(均方值) Δn 2 σ q − Δn即为路面谱在Δn频带内包含的功率;
Δn →0 2 σ q − Δn 2 σ q − Δn
Gq (n) = lim
2 σ q − Δn
能量守恒
2 σ q − Δn
2 车速u下, Δn频带对应的时间频率频带Δf (= uΔn)包含的功率仍为σ q − Δn
路面等级 G q (n o )×10 -6 m 2／m -1 n o ＝0.1m -1 下限 几何平均值 上限 32 16 8 128 64 32 512 256 128 2048 1024 512 8192 4096 2048 32768 16384 8192 131072 65536 32768 524288 131072 262144
−W
， w = 2
路面不平度 8 级分类
σ q×10-3 m 0.011m -1 ＜n＜2.83m -1 下限 几何平均值 上限 5.38 3.81 2.69 10.77 7.61 5.38 21.53 15.23 10.77 43.06 30.45 21.53 86.12 60.90 43.06 172.26 121.80 86.13 344.52 243.61 1?2.26 689.04 487.22 344.52
A B C D E F G H
功率谱密度 G q (n )
C
A
B
⎛n⎞ Gq (n) = Gq (n0 )⎜ ⎟ ⎜n ⎟ ⎝ 0⎠
−W
空间频率 n
注：纵坐标和横坐标均采用对数单位
路面不平位移功率谱
空间频率n 路面不平位移功率谱 空间频率n
2.空间功率谱密度 Gq ( n )转化为时间功率谱 Gq ( f ) 因为路面不平输入还与 车速有关 . f / n = u ⇒ f = nu f 1 所以 Gq ( n ) = Gq ( ) = Gq ( f ) u u Gq ( f ) = uG q ( n )
1 1 2 S • (ω ) = lim F [ x(t )] = lim jωX (ω ) T →∞ T T →∞ T x 1 2 2 2 = ω lim X (ω ) = ω S x (ω ) T →∞ T ⎧2 S x (ω ) ω≥0 双边谱Gx (ω ) = ⎨ ω<0 ⎩0
•
2
⎛ n 1 1 Gq ( f ) = Gq (n) = Gq (n0 )⎜ ⎜n u u ⎝ 0
Frequency [Hz]
n =f /u
n =3.6 f V a
n −2 1 G q (f ) = G q (n 0 )( ) n0 u
Va=80 km/h
复习
1 T /2 R x (τ ) = lim x ( t ) x ( t + τ ) dt T → ∞ T ∫− T / 2 ∞ 1 ∞ 1 = x ( t ){ X ( ω ) e j ω ( t + τ ) d ω } dt T ∫− ∞ 2 π ∫− ∞ ∞ 1 = X ( ω ) e j ωτ X ( − ω ) d ω 2 π T ∫− ∞ ∞ 1 2 = X ( ω ) e j ωτ d ω 2 π T ∫− ∞ ∞ 1 对比 R x (τ ) = S x ( ω ) e j ωτ d ω 2 π ∫− ∞ 1 2 所以 S x ( ω ) = lim X ( ω ) >= 0 T → ∞ T
6-2 路面不平度的功率谱
通常把相对基准平面的高度 q 沿 着道路走向长度 I 的变化 q(I) 称为 道路纵(断面)曲线或不平度函数。
• 根据测量的路面不平度随机 数据，在计算机上处理得到 路面不平度功率谱 Gq (n) 或方 2 差 σq 。
ISO/TC108/SC2N67 路面不平表示方法
q 4 4
⎞ ⎛ n0 ⎟ = Gq (n0 )u ⎜ ⎜ f ⎟ ⎝ ⎠ 2 2 2 G • ( f ) = (2πf ) Gq ( f ) = 4π Gq (n0 )un0
q 2 0
−2
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
G•• ( f ) = (2πf ) Gq ( f ) = 16π Gq (n0 )un f
车速一定,路面不平 速度输入的功率谱为常数