汽车理论最新版课件6.1-6.3

持续时间
垂直方向4～12.5Hz
人体对水平方向的振
水平方向0.5～2Hz
动比垂直方向更敏感
人体最敏感 传至人体的振动加速度
思考：公交车和长途 客车在设计时对平顺
客观因素
性的要求有何不同？
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
国际、国内与平顺性评价方法相关的标准 ➢1974年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：《人 体承受全身振动评价指南》
频率加权函数和轴加权系数
位置 座椅支承面
靠背 脚
坐标轴名称
xs
ys zs rx
ry
rz
xb yb zb xf yf zf
频率加权函数 轴加权系数k
wd
1.00
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
wc
0.80
wd
0.50
wd
0.40
wk
0.25
wk
0.25
wk
0.40
8
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢对 at进行频谱分
析，得到功率谱密度
函数Ga f 。
1
aw
80
W
0.5
2f
Ga f
df
2
13
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（2）三个方向总加权加速度均方根值
aw
1.4axw
2
1.4ayw
2
az2w
1 /
2
思考：为什么乘以系数1.4？
（3）总加权振级Law
Law 20lgaw / a0
靠背
xb yb
wc
wd
0.80 0.50
0.212
4.3
0.087
4.4
zb
wd
0.40
0.140
4.9
xf
脚
yf
wk
0.25
wk
0.25
0.090
5.4
0.093
5.1
zf
wk
0.40
0.319
6.2
1
av
a2 2 vj
0.628
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
2.辅助评价法
➢当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997（E）标准规定用 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 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。
几何平均值 16 64 256 1024 4096
16384 65536 262144
σq /(10-3m) 0.011m-1<n<2.83m-1
几何平均值 3.81 7.61 15.23 30.45 60.90 121.80 243.61 487.22
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第二节 路面不平度的统计特性
路面不平度分级图
取 k=1.4。
➢靠背水平轴向 xb、yb 可以由椅面水平轴向 xs、ys
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。
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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
➢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；8～ 12.5Hz频率范围，对人 的脊椎系统影响很大。
1Hz f 80Hz
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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aw
1）滤波网络法
➢将测得的 at通过相 应的频率加权函数 w f
的滤波网络，得到加权加
速度时间历程 aw t 。
1
aw
1 T
T 0
aw2
t
dt
2
2）频谱分析法
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第二节 路面不平度的统计特性
➢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16个谱量Gik (n)(i, k 1,
2，3，4），其中12个谱量两两共轭。
lim Gik n
T
1 T
Fi* n Fk n
四个车轮不平度函数的傅里叶变换为
F1n Fq1I FxI X n
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 q ，沿道路走向长度 I 的变化 q（I）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。
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第二节 路面不平度的统计特性
2.路面不平度的功率谱密度Gq (n)
1）Gq (n)的拟合公式
W
Gq
n
Gq
n0
n n0
第六章 汽车的平顺性 第六章 汽车的平顺性
本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。
➢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 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。
第六章 汽车的平顺性
➢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 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？ ➢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 性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。
a0—参考加速度均方根值，a0 106 m / s2 。
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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 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0
加权振级Law 110
110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128
G14
n
G4*1
n
Gxy
nｅｊ2πnL
G32 n G13n
G2*3 n G3*1n
Gyx nｅｊ2πnL Gxy n
G42n G2*4n Gyxn
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第二节 路面不平度的统计特性
左、右轮迹间的互谱可以表示为
Gxy n Gxy n e jxy n
两个轮迹的相关函数为
➢1997年公布了ISO2631－1：《人体承受全身振动评价— 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GB/T4970 — 1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体坐姿受振模型
共3个输入点、12个方向的振动 7
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
评价指标 加权加速度均方根值 撞击悬架限位的概率
行驶安全性
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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
➢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。
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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
人体对振动的反应
主观因素 心理 生理
频率
强度
作用方向
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
0.080 0.114 0.407 0.106 0.085 0.011
峰值 系数 5.0 4.7 5.5 4.9 5.0 4.5
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第一节 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 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 峰值 名称 权函数 系数k 均方根值 系数
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第二节 路面不平度的统计特性
Gq f Gq n0 n02
u f2
对上式的等 式两边取对数 后作图，得到 位移功率谱密 度。
u Gq(n0)
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第二节 路面不平度的统计特性
Gq& f 4π2Gq n0 n02u
对上式的等 式两边取对数 后作图，得到 速度功率谱密 度。
u
Gq(n0)
➢ xs、ys 最敏感的频率范
围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振，故应对水平振动 给予充分重视。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
各轴向的频率加权函数（渐近线）
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
F2n Fq2I FxI L X nej2πnL
F3n Fq3I FyI Yn
F4n Fq4I FyI L Y nej2πnL
G11n G22n Gxx n
G33n G44n Gyyn
G12 n G34 n
G2*1n G4*3 n
Gxx nｅｊ2πnL Gyy nｅｊ2πnL
2
第六章 汽车的平顺性
振动系统 弹性元件 阻尼元件 车身、车轮质量
输入 路面不平度
车速 发动机、传动系和车轮等旋
转部件的非平衡干扰
本章将 不考虑
输出 车身传至人体的加速度
悬架弹簧的动挠度 车轮与路面间的动载荷
➢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 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。
coh
2 xy
n
Gxy n 2 Gxx nGyy n
侧倾角位移功率谱密度Gθ(n)与垂直位移功率谱密度 Gq 的n
2 q~n
速度u不同时，空 间频率与时间频
率的关系
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第二节 路面不平度的统计特性
Gq
f
1 u
Gq
n0
n n0
2
Gq n0 n02
u f2
qt dqt/ dt qt d2qt/ dt2
Gq& f 2πf 2 Gq f 4π2Gq n0 n02u
Gq&& f 2πf 4 Gq f 16π4Gq n0 n02uf 2
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？
xs、ys、zs
即人对座椅传给人体的振动最敏感
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
ISO2631-1：1997（E）标准还规定 当评价振动对健康的影响时
➢只考虑 xs、ys、zs 这三 个轴向振动，且xs、 ys 两
个水平轴向的轴加权系数
1
VDV
T 0
aw4
t
dt
4
/ ms 1.75
18
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 本节内容结束
下一节
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第六章 汽车的平顺性
第二节 路面不平度的统计特性
➢本节将介绍路面空间频率的功率谱密度，路面 等级，时间频率的功率谱密度，路面对四轮汽车输 入的功率谱密度等。
20
第二节 路面不平度的统计特性
31
第二节 路面不平度的统计特性
Gq&& f 16π4Gq n0 n02uf 2
对上式的等 式两边取对数 后作图，得到 加速度功率谱 密度。
u Gq(n0)
32
第二节 路面不平度的统计特性
三、路面对四轮汽车输入的功率谱密度
q2I xI L q1I xI
q4I yI L q3I yI
lim Gq
f
2 q ~Δn
Δf 0 Δf
将f un 代入
Gq f
lim
2 q~Δn
Δn0 uΔn
1 u
Gq
n
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第二节 路面不平度的统计特性
空间频率和时间频率谱密度的关系
f 1 n 2
2
Gq(f)
时间频率谱密 度Gq(f)
1 1 2
Gq (n) 1
f n
f 2n
f
Δn n
空间频率谱 密度Gq(n)
n—空间频率（m-1），表示每米长度包括几个波长；
n0—参考空间频率，n0=0.1m-1； Gq (n0 ) — 参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路 面不平度系数；
W—频率指数。
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第二节 路面不平度的统计特性
2）路面不平度8级分类标准
路面等级
A B C D E F G H
Gq(n0)/(10-6m3) （n0=0.1m-1）
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
wd
f
1 2 /
f
(0.5Hz f 2Hz)
2Hz f 80Hz
wc
f
8
1 /
f
(0.5Hz f 8Hz)
8Hz f 80Hz
we
f
1 1/
f
(0.5Hz f 1Hz)
24
第二节 路面不平度的统计特性
3）速度功率谱密度和加速度功率谱密度
速度功率谱密度 Gq&(n) (2πn)2Gq(n) 加速度功率谱密度
Gq&&(n) (2πn)4Gq (n)
当W=2时
Gq&(n) (2πn0 )2Gq(n0 )
与n无关——“白噪声”
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第二节 路面不平度的统计特性
二、空间频率功率谱密度Gq (n)化为时间频率功率谱密度Gq (f )
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人的主观感觉 没有不舒适
有一些不舒适 相当不舒适 不舒适 很不舒适 极不舒适
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第一节 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 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 名称 权函数 系数k 均方根值
xs
ys
座椅
支承
zs
面
rx
ry
rzቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
wd
1.00
车速
Gq (n) Gq (f )
f un
f un
当空间频率 n 或带宽 Δn 一定时，时间频率 f 与带宽Δf 随车速成正比 变化。
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第二节 路面不平度的统计特性
单位频带内的“功率”（均方值）即为功率谱密度。 空间频率的功率谱密度
lim Gq
n
σ2 q ~Δn
Δn0 Δn
2 q~n
—路面功率谱密度在频带Δn内包含的“功率”。