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。
汽车理论—平顺性
第六章 汽车的平顺性
§6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价 二、平顺性的评价方法 （一）基本的评价方法 计算出各轴向加权加速度均方根值。 计算出各轴向加权加速度均方根值。 有些“人体振动测量仪” 有些“人体振动测量仪”采用总加权振级 客车的等级是按总加权振级（ 来分类的： 客车的等级是按总加权振级 （ Law ） 来分类的 ： 高级客车： 高级客车： Law ≤114.2dB 中级客车： 中级客车： Law ＝114.2～117.2dB ～ 普通客车： 普通客车： Law ≤ 117.2～120.2dB ～ 振动波形峰值系数>9） （二）辅助评价方法（振动波形峰值系数 ）
第六章 汽车的平顺性
§6-2 影响汽车平顺性的结构因素
一、悬挂系统 悬挂系统由弹性元件、导向装置与减震器所组成， 悬挂系统由弹性元件、导向装置与减震器所组成， 其中以弹性元件和悬挂系统中的阻尼影响最大。 其中以弹性元件和悬挂系统中的阻尼影响最大。 1.弹性元件 弹性元件 经过分析可知，减小车身的固有频率f 经过分析可知，减小车身的固有频率 0可以减小 车身振动加速度值，改善汽车的平顺性。 车身振动加速度值，改善汽车的平顺性。 2.悬架系统的阻尼 悬架系统的阻尼 为了衰减车身的自由振动和抑止车轮、 为了衰减车身的自由振动和抑止车轮、车身的共 悬架系统中应具有适当的阻尼， 振，悬架系统中应具有适当的阻尼，一般汽车的阻尼 为0.2～0.4。 ～ 。
第六章 汽车的平顺性
§6-2 影响汽车平顺性的结构因素
五、座椅 座位的布置对平顺性有很大的影响。 座位的布置对平顺性有很大的影响。 根据试验表明，距离重心越近，平顺性越好。 根据试验表明，距离重心越近，平顺性越好。 座椅的刚度和阻尼对平顺性也有重要影响。 座椅的刚度和阻尼对平顺性也有重要影响。 另外， 另外，汽车的乘坐舒适性还在很大程度上取决于 座位的结构、尺寸、布置方式和车身的密封性、 座位的结构、尺寸、布置方式和车身的密封性、通风 保暖、照明、隔音等效能， 保暖、照明、隔音等效能，以及是否有提供乘客舒适 的设备如电视、音响、空调等。 的设备如电视、音响、空调等。道路周围的环境对平 顺性也有一定的影响。 顺性也有一定的影响。
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。
《汽车理论》第6章汽车平顺性
值（m/s2）； fij
、f 分别是1/3倍频带的中心频率 wj
f j
的上、下限频率（Hz
）；Ga f 为加速度自功率谱密度函数（m2/s3）。
1/3倍频带中心频率的上、下限频率见书本上的表6-1。
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（1）单轴向加权加速度均方根值 ➢ 单轴向加权加速度均方根值为：
➢
设悬架动挠度为
zsw
zs
zw
，轮胎动变形为
z qw
q
z w
，选取悬架动
挠度、车身垂直速度、轮胎动变形、车轮轴垂直速度为系统状态变量，
即 X z sw
z s
z qw
z T w
，则1/4汽车系统状态方程式为：
z sw
0
z s
z
K/ s 0
m s
qw
z w
K s
/m w
1
C /m
s
s
客观评价方法：吸收功率法、总体乘坐值法（BS6841-1987）、 VDI2057-2002和ISO2631-1997。
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6.1.1 汽车平顺性评价指标
汽车平顺性评价方法：脉冲输入行驶评价方法和随机输入行 驶评价方法。目前，主要采用随机输入行驶评价方法。
1. 脉冲输入行驶评价方法
6.2.3 1/2汽车平顺性模型
设前、后悬架动挠度分别为 zswf zsf zwf 和 ，前 zswr zsr zwr
、后轮胎动变形分别为
z z z
qwf
qf
wf
和 ，选择车身垂 z z z
qwr
qr
wr
直加速度、车身俯仰角加速度、前后悬架动挠度、前后轮胎
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。
第六章 汽车的平顺性
析得到功率谱密度函数Ga(f)，按下式计算
1
aw
80
W
0.5
2(
f
)Ga(
f
)df
2
（6-2）
⑶当同时考虑椅面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
1
av
(1.4axw) 2
(1.4ayw)2
a
2 zw
2
（6-3）
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加权系数K。
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7
椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系
数k=l，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。另外，IS026311:1997(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。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。 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。
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。
（图6-1）
输入
振动系统
输出
评价指标
●路面不
●弹性元件
平度
●阻尼元件
●车速 → ●轮质车量身、车→
●车身传至人体的 加速度
● ●车选轮家谈与晃路面动之挠间度→
的动载
●加权加速度 均方根值
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
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
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。
第六章 汽车的平顺性
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第二节 路面不平度的统计特征
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第二节 路面不平度的统计特征
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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
Gq(
上式模（幅频特性）为
H() zq
1（ 2 ） 2 (12)2（ 2 ） 2
（1）在0<0.75的低频段， H() 1既不减振也不增振。阻尼比 zq
影响不大。
（2）在0.75< 2 的共振段， H() zq 出现峰值，阻尼比大时峰值
低。将输入位移放大（增振）。
（3）在>= 2 的高频段，= 2 时 H() zq=1。> 2 时， H() zq
z ( m 2 2 C K j) q ( C K j)
.
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
H ( )zqq zm 2 C 2 j C K jK
令 /0,(0Km 2)
代入上式，得
C 2 m2K
H()zq 1122j2j
.
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
汽车单质量系统幅频特性
T0
a(t)是测试的加速度时间信号。
4、 加权均方根值
aw
1 T
T 0
aw2 (t)dt
aw(t)是通过频率加权函数滤波网络后得到的加速度时间信号。 频率加权函数见p172。
频率加权
a(t)
滤波网络
aw(t)
.
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
平顺性评价方法
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。
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H ()的虚部 ） 输出与输入的相位差 H ()的实部
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
频响函数的测试
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
汽车单质量系统频响函数的推导
令输入复振动为
q(t ) q e
jt
式中复振幅 式中复振幅
q q0 e j1
z z0 e j2
1. x(t)功率谱密度Gx(f)的意义
Gx(f) 表示x(t)的平均功率E[x2(t)]在频率域的分布。
2.路面不平度q(I)的功率谱密度Gq(n)的意义
Gq(n) 表示路面不平度q2(I)的平均值E[q2(I)]的空间频率分布。
第二节 路面不平度的统计特征
3.路面不平度的功率谱密度
n Gq ( n ) Gq ( n0 ) n 0
T
a(t)是测试的加速度时间信号。 4、 加权均方根值
1 2 aw a w ( t ) dt T 0
T
aw(t) 是通过频率加权函数滤波网络后得到的加速度时间信号。 频率加权函数见p172。 a(t)
频率加权 滤波网络
aw(t)
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
平顺性评价方法
1、 按加速度加权均方根值评价。样本时间T一般 取120s。
H () z q
令
z Cj K q m2 2 Cj K
C 2 m2 K
/ 0 , (0 K m2 )
代入上式，得
H ( ) z q
1 2 j 1 2 2 j
第三节
汽车振动系统的简化、单质量系统振动
汽车单质量系统幅频特性
频率比λ=ω /ω 0 10 -1
单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性
lg|z/q|
|z/q|
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
双轴汽车平顺性模型
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
平顺性分析的振动响应量 平顺性分析的振动响应量有3种： 1、车身振动加速度 2、悬架动挠度（涉及限位行程、悬架击穿） 3、车轮与路面间的动载荷
车身加速度均方根谱
2
2
Gz ( f ) H ( f ) zq Gq ( f )
式中路面速度均方根谱来自
2 Gq ( f ) 2 G ( n ) n q 0 0u
=常量（白噪声）
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
H ( ) zq 车身加速度复振动 z ( z e jt )'' ( q e jt )' 路面不平度速度复振动 q 2 z z H ( ) z q q q
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
虚部=b=Asint。
复振动的实部或虚部都代表振动。事先约定一个即可。
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
对简谐振动，对应的复数形式为
Z=Aej（t+）
Z=Aej（t+）=Aejejt=
~ A
ejt
式中： = Aej为复振动Z的复振幅。
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
第六章 汽车平顺性
汽车平顺性：指汽车抵抗路面不平度引起的汽车振动的能力， 频率范围为 0.5~25Hz。
汽车平顺性可由路面-汽车-人系统框架图来分析
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 车身传至人体的加速度 悬架弹簧动挠度 车轮与路面之间的动载
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
单自由度自由振动衰减曲线
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
平顺性的评价标准 评价标准 ISO2631-1:1997(E) 《人体承受全身振动评价——第一部分：一般要求》 GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》 所考虑的振动 ISO2631-1规定，舒适性评价时，考虑座椅支承处的3个线振动和3个角振 动，靠背和脚支承处各3个线振动，共12个轴向振动。健康影响评价时， 仅考虑座椅支承处的3个线振动xs、ys、zs。
频率响应
设系统的输入是F0ej(wt+), 输出Xej(wt+)
系统的频率响应定义是：
H()=输出复振动/输入复振动
=
=
Xe j e j t / F0e j e j t
Xe / F0 e
j j
X j ( ) e F0
=输出复振幅/输入复振幅 注意X,F,,都是频率的函数。
复振动 Im
Z=Aejwt Asint
jwt
t
Re
Acost
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
欧拉公式： Z=Aejt=A(cost+jsint)
复数的标准形式为
式中： a=Acost Z称为复振动，模为A=
Z=a+jb
b=Asint
幅角argZ=arctg(b/a)=t 实部=a=Acost
人体坐姿受振模型
共3个输入点、12个方向的振动
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
频率加权系数
椅面z向：
椅面x,y向和靠背y向 ： 靠背x向 ：
第一节 人体对振动的反应和平顺性 的评价
平顺性名词解释(2)
3、 均方根值
1 2 a a (t )dt T 0
2、同时考虑3个方向 3轴向xs、ys、zs振动的总加权 加速度均方根值为：
av
2 (1.4a xw ) 2 (1.4a yw ) 2 a zw
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
平顺性指标和人的感觉间的关系
表6-2 Law 和与 aw 人的主观感觉之间的关系 加权加速度均方根植 aw
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
方差 2=均方值=
Gx ( f )df H ( f ) xq Gq ( f )df
2 0 0
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
车身加速度功率谱密度函数
车身加速度功率谱密度函数用于： a.了解振动加速度功率频谱的分布。 b.求加速度均方根值
z
G
0
z
( f )df
或加权均方根值评价汽车平顺性。
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
从上式：
Gx ( f ) H ( f ) x q Gq ( f )
2
车身加速度功率谱密度函数为
Gz ( f ) H ( f ) zq Gq ( f ) H ( f ) zq Gq ( f )
2 的高频段，=
2 时 H ( ) z q=1。> 2 时， H ( ) z q
<1。对输入位移起衰减作用（减振）。阻尼比较小时衰减更多。
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
-1 10 lgλ 0
0
0.25
1
1
0.5
1 -1:1
0
-2:1 0.1 0.1 1 2
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
式中
H () z q
2 1 （2） 2 (1 2 ) 2 （2）
〈 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
1.25~2.5 〉2.0
118~124
112~128 126
不舒适
很不舒适 极不舒适
第二节 路面不平度的统计特征
路面不平度的功率谱密度
频率响应函数的物理意义
H ( ) Xe / F0e
频率响应函数的模 =|输出复振幅/输入复振幅| =输出实振幅/输入实振幅 即
j
j
X j ( ) e F0
=幅频特性=|输出复振动/输入复振动|
H ( )
频率响应函数的幅角=-=
X 输出实振幅 F0 输入实振幅
arctg(
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
单质量系统对路面随机输入的响应
对单自由度系统，输出功率谱=幅频特性的平方输入功率谱，即