汽车振动系统的简化,单质量系统的振动.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本节将汽车振动系统简化为单质量的振动系统；分析单质量系统的自由振动和频率响应特性；分析单质量系统对路面随机输入的响应及其响应量特性参数的计算，分析悬架系统固有频率,f,0,和阻尼比,对,振动响应的影响；介绍悬架系统固有频率,f,0,和阻尼比,的选择范围。,第六章 汽车的平顺性,第三节,汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,返回目录,1,当 ，并忽略轮胎阻尼后，汽车立体模型可简化为平面模型。,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。,一、汽车振动系统的简化,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,2,1,）总质量保持不变,2,）质心位置不变,3,）转动惯量保持不变,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,简化前后应满足以下三个条件,解得,令,悬挂质量分配系数。,3,对于大部分汽车，,=0.8,1.2,，即接近,1,。当,=1,时,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,4,在,=1,的情况下，前、后轴上方车身部分的集中质量,m,2f,、,m,2r,在垂直方向的运动是相互独立的。,双轴汽车模型可以简化为车身、车轮两个自由度振动系统模型。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,5,车轮部分的固有频率为,1016Hz,，,如果激振频率远离车轮固有频率（即,5Hz,以下），轮胎的动变形很小，可忽略车轮质量和轮胎的弹性，从而得到车身单质量系统模型。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,6,二、单质量系统的自由振动,0,振动系统固有圆频率；,阻尼比。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,7,齐次微分方程的解为,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,m,2,以有阻尼固有频率,振动，振幅按,衰减。,8,增大，,r,下降。当,=1,时，运动失去振荡特征。,汽车悬架系统阻尼比,大约为,0.25,，,r,比,0,只下降了,3%,左右，。,1,）,与有阻尼固有频率,r,有关,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,阻尼比,对衰减振动的影响,9,2,）,决定振幅的衰减程度,阻尼比,对衰减振动的影响,两个相邻的振幅,A,1,与,A,2,之比称为减振系数,d,由实测的衰减振动曲线得到,d,，即可确定系统的阻尼比,。,阻尼比越大，振幅衰减得越快,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,10,三、单质量系统频率响应特性,分析幅值比、相位差随激振频率而变化的规律。,对于,一个常系数的线性系统（即系统的,m,、,K,、,为常数）,，当输入量,是一个简谐函数时，输出量,也是与输入量同频率的简谐函数，但两者的幅值不同，相位也不同。,输出、输入的幅值比是频率,f,的函数，称为,幅频特性,。,相位差也是,f,的函数，称为,相频特性,。,两者统称为,频率响应特性,。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,11,复振幅,z,0,、,q,0,为输出、输入谐量的幅值；,1.,频率响应函数的确定,由输出、输入谐量复振幅,z,与,q,的比值或,与,的傅里叶变换,Z,(,),与,Q,(,),的比值，可以确定频率响应函数,。,输出、输入谐量的幅值比，称为幅频特性。,输出、输入谐量的相位差，称为相频特性。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,12,令,则,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,代入,13,2,.,幅频特性,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,14,四、单质量系统对路面随机输入的响应,1.,用随机振动理论分析汽车平顺性的概述,1,）平顺性分析的振动响应量,车轮与路面间的动载,车身加速度,悬架弹簧的动挠度,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,15,3,.,幅频特性曲线,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z/q,|,-1,0,1,-1,lg,用双对数坐标做出幅频特性曲线。,0.1,1,|,z/q,|,10,渐近线为水平线，斜率为,0:1,。,渐近线的“频率指数”为,0,。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,16,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,渐近线斜率为,-2:1,。,“频率指数”为,-2,。,-2:1,3,.,幅频特性曲线,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,17,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,渐近线斜率为,-1:1,。,“频率指数”为,-1,。,-2:1,-1:1,3,.,幅频特性曲线,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,18,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,确定低频段和高频段渐近线的交点。,交点要满足,3,.,幅频特性曲线,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,19,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,与,无关，即无论阻尼比取何值，幅频特性曲线都要经过,点,3,.,幅频特性曲线,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,20,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,共振时，,单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性,3,.,幅频特性曲线,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,21,4,.,幅频特性曲线的讨论,1,）低频段,|,z/q,|,略大于,1,，阻尼比,对这一频段的影响不大。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性,22,4,.,幅频特性曲线的讨论,2,）共振段,|,z/q,|,出现峰值，将输入位移放大，加大阻尼比,，,可使共振峰值明显下降,。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性,23,4,.,幅频特性曲线的讨论,3,）高频段,悬架对输入位移起衰减作用，阻尼比,减小对减振有利。,与,无关,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性,24,2,）振动响应量的功率谱密度与均方根值,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,振动响应量,x,的功率谱密度；,路面位移,q,的功率谱密度；,系统响应量,x,对输入,q,的幅频特性。,25,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,振动响应量的方差，等于均方根值。,由路面不平度系数和车速确定路面位移输入的功率谱密度,由悬架系统参数求出频率响应函数,H,（,f,）,x,q,26,3,）概率分布与标准差的关系,振动响应量,x,的分布为正态分布，且均值为零时，,幅值的绝对值超过,的概率为,P,，,与,P,的关系如下表。,1,2,2.58,3,3.29,P,31.7%,4.6%,1%,0.3%,0.1%,1,P,68.3%,95.4%,99%,99.7%,99.9%,正态分布情况下，超过标准差,x,的,倍以外的概率,P,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,27,1,2,2.58,3,3.29,P,31.7%,4.6%,1%,0.3%,0.1%,1,P,68.3%,95.4%,99%,99.7%,99.9%,正态分布情况下，超过标准差,x,的,倍以外的概率,P,要求车身加速度 超过,1,g,的概率,P,=1%,，求车身加速度的标准差 。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,例,1,即,=,0.39,g,时，可以使 超过,1,g,的概率,P,=1%,。,28,1,2,2.58,3,3.29,P,31.7%,4.6%,1%,0.3%,0.1%,1,P,68.3%,95.4%,99%,99.7%,99.9%,正态分布情况下，超过标准差,x,的,倍以外的概率,P,某汽车悬架弹簧动挠度,的标准差,=3cm,，要求动挠度超过限位行程,即撞击限位的概率,P,=0.3,，假设车轮上下跳动的限位行程均为,，,求,。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,=,3cm,，,=9cm,可使撞击限位的概率为,0.3%,。,例,2,29,1,2,2.58,3,3.29,P,31.7%,4.6%,1%,0.3%,0.1%,1,P,68.3%,95.4%,99%,99.7%,99.9%,正态分布情况下，超过标准差,x,的,倍以外的概率,P,车轮跳离地面的条件是,相应界限值,当车轮与路面间的动载,F,d,与车轮作用于路面的静载,G,大小相等且方向相反时，车轮作用于路面的垂直载荷等于零。取 ，相对动载,/,G,的均方根值 ，求车轮跳离地面的概率。,因为,向上的概率占一半，车轮跳离地面的概率是,0.15%,。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,例,3,30,2,.,车身加速度的功率谱密度 的计算分析,路面输入除采用 外，还可以采用 和 。,相应地，幅频特性要采用 和 。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,31,输入、输出均方根谱之间的关系,路面输入的均方根谱,用双对数坐标做出路面输入均方根谱与,的关系曲线,。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,32,斜率为,0:1,斜率为,1:1,斜率为,1:1,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,33,三个幅频 特性为,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,34,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,0.1,1,10,频率比,=,/,0,1,0,lg|,z,/,q,|,-1,0,1,-1,lg,0.1,1,|,z,/,q,|,10,-2:1,-1:1,35,由于 为一“白噪声”，,与 的图形完,全相同，只是在双对数坐标上,移动 。,可以用响应量对速度输入的幅频特性定性分析响应的均方根谱。,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,36,2,1,10,100,0.1,1,10,激振频率,f,/Hz,=0.25,=0.5,f,0,=1Hz,f,0,=2Hz,思考：,对共振峰值和高频段的影响有何不同？振动系统的固有频率,f,0,对共振峰值有何影响？,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,0.25,0.5,f=f,0,=1,14.04,8.88,f=f,0,=2,28.08,17.76,37,对单质量振动系统，,/G,与 只相差系数,1/,g,，因此,0,和,对,幅频特性的影响与 幅频特性的影响，从变化趋势上讲完全一样。,3.,车轮与路面间的相对动载,/,G,对 的幅频特性的分析,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,38,4,.,悬架弹簧的动挠度,对 幅频特性的分析,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,39,在低频段，,1,，,2:1,0:1,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,频率比,=,/,0,0.1 1 10,10,1,0.1,=0,=0.5,=0.25,40,2:1,0:1,1:1,-1:1,思考：悬架固有频率,f,0,对,有何影响？,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,0.25,0.5,f=f,0,=1,0.318,0.159,f=f,0,=2,0.159,0.080,41,5,.,悬架系统固有频率,f,0,与阻尼比,的选择,思考：悬架系统固有频率,f,0,和阻尼比,对车身振动加速度及悬架动挠度的影响有何不同？,车 型,f,0,/,Hz,/cm,/cm,轿车,1.21.1,1530,79,货车,21.5,611,69,02.0.4,大客车,1.81.2,715,58,越野汽车,21.3,613,713,悬架系统,值的实用范围,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,42,第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动,下一节,本节内容结束,43,