車輛行駛振動(dòng)課件

1、汽車振動(dòng)分析與測(cè)試山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院周長(zhǎng)城【本章學(xué)習(xí)目標(biāo)】 了解路面不平度的基本概念，及測(cè)量方法，路面不平度功率譜密度及表示方法； 熟悉掌握車輛行駛振動(dòng)性能評(píng)價(jià)方法； 掌握單輪車輛模型及振動(dòng)微分方程，振動(dòng)加速度、評(píng)價(jià)尺度及影響因素；第9章 車輛行駛振動(dòng)【本章學(xué)習(xí)方法】 本章主要講述車輛在行駛狀態(tài)下的振動(dòng)及車輛振動(dòng)性能評(píng)價(jià)和影響因素。由于車輛行駛狀態(tài)下的振動(dòng)，不僅與路況、車速有關(guān)，而且還與車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即車輛系統(tǒng)的相對(duì)阻尼比有關(guān)，因此，在學(xué)習(xí)本章應(yīng)該在學(xué)習(xí)一般振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合車輛行駛的實(shí)際情況（路況、車速和車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)），對(duì)車輛的振動(dòng)進(jìn)行分析，對(duì)車輛加速度、性能評(píng)價(jià)及影響因

2、素進(jìn)行分析，從而為車輛半主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 【本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)】第1節(jié) 路面不平度及其功率譜 一、路面不平度的測(cè)量 沿車輛行駛方向，也就是路面縱剖面的路面不平度，根據(jù)波長(zhǎng)可分為長(zhǎng)波、短波和粗糙紋理三種類型。其中，長(zhǎng)波引起車輛的低頻振動(dòng)，短波引起車輛的高頻振動(dòng)，粗糙紋理則引起輪胎的行駛噪聲。在道路的橫斷面上，不平度則表現(xiàn)為車轍和橫斷面的不平，以及所引起的振動(dòng)和側(cè)傾。圖 路面不平度的分類 按照國際道路不平度試驗(yàn)(即International Road Roughness Experiment，簡(jiǎn)稱IRRE)的定義，路面不平度是指道路表面對(duì)于理想平面的偏離，它具有影響車輛動(dòng)力性、行駛質(zhì)量和

3、路面動(dòng)力載荷三者的數(shù)值特征。路面不平度可采用以下幾種方式進(jìn)行測(cè)量： 路面不平度可采用以下幾種方式進(jìn)行測(cè)量：（1）傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù) 圖 水準(zhǔn)儀標(biāo)桿的測(cè)量方法一種使用水準(zhǔn)儀和標(biāo)桿的路面不平度的測(cè)量方法， （2）GMR路面汁 初期的GM R路面(General Meier Road Profilometer)結(jié)構(gòu)原理，如圖所示 圖 GMR路面計(jì)的原理圖 可以用下式計(jì)算得到路面不平度 （3）非接觸式路面測(cè)量裝置 假如路面的細(xì)致紋理也需要考慮，則可以采用非接觸式測(cè)量方法，如，聲波、超聲波和激光方法，其工作原理如圖所示。 圖 GMR的激光測(cè)高傳感器 （4）角度基準(zhǔn)路面縱刨面測(cè)量?jī)x 路面輪廓儀是美國阿伯丁武器試

4、驗(yàn)場(chǎng)的路面不平度測(cè)量?jī)x，用以測(cè)量試驗(yàn)跑道的不平度。如圖是該儀器的測(cè)量機(jī)構(gòu)，由吉普車牽引。 圖 路面輪廓儀的測(cè)量機(jī)構(gòu) 如果輪架的輪距很小，測(cè)量的高度y和水平移動(dòng)距離x，如下圖所示。圖 建立跑道輪廓函數(shù)的圖形 由圖可知，測(cè)量的高度y和水平移動(dòng)距離x，可表示為二、路面不平度及其功率譜密度 把路面縱剖面的不平度隨機(jī)數(shù)據(jù)表示為頻域的方式，是提取路面內(nèi)在信息的一種重要方法。如果某段路面足夠長(zhǎng)，以致其不平度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征具有典型性，就可以將其展開成傅立葉級(jí)數(shù)得到振幅譜，用它表示路面特征。這時(shí)可以將路面輪廓看成由各種波長(zhǎng)的正弦曲線疊加而成。由實(shí)測(cè)路面數(shù)據(jù)到頻域表示的分析過程 圖9.7(a)所示的振幅譜中，譜線

5、的最低頻率是Hz，其余頻率是其整數(shù)倍。 圖9.7(c)所示的功率譜密度即為路面不平度的頻域描述，其頻率范圍還可以擴(kuò)展到9.7(b)所示振幅譜譜線的最低頻率以下。 實(shí)際路面的低頻長(zhǎng)波通常有較大的振幅，而高頻短波具有較小的振幅。三、測(cè)量數(shù)據(jù)處理及路面不平度表示 大量測(cè)量結(jié)果證明，路面功率譜密度函數(shù)具有負(fù)指數(shù)特性，不同等級(jí)路面的指數(shù)也大體相同，所以標(biāo)準(zhǔn)(GB 703186和ISO/DIS 8608)中規(guī)定路面功率譜密度的擬合表達(dá)式為下圖為路面不平度實(shí)測(cè)的結(jié)果。多種路面的功率譜密度 按照功率譜密度的定義，假如實(shí)測(cè)路面的長(zhǎng)度為X，則與行程固有圓頻率有關(guān)的的路面譜密度為建立行駛振動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，采用與時(shí)間圓

6、頻率有關(guān)的譜密度 式中，T0為在路面長(zhǎng)度為X的路段的行駛時(shí)間。與 之間的關(guān)系為第2節(jié) 車輛振動(dòng)性能的評(píng)價(jià) 振動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容： (1)作用在于乘員的振動(dòng)強(qiáng)度K，反映舒適性； (2)車輪動(dòng)載，反映安全性； (3)懸架動(dòng)撓度，間接反映舒適性。一般通過選取適當(dāng)?shù)募訖?quán)因數(shù)，來獲得總的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即一、 車輪動(dòng)載、行駛安全性 靜態(tài)輪荷Fzs與動(dòng)態(tài)輪荷Fd的說明圖 車輪載荷等于靜態(tài)垂直載荷與動(dòng)態(tài)垂直載荷之和，即（1）車輪載荷Fz的方差 因?yàn)?，車輪載荷的平均值一般應(yīng)等于靜態(tài)垂直載荷，即所以（2）按照功率譜密度的定義，車輪動(dòng)載的功率譜密度為 （3）若考慮到車輪動(dòng)載的均值近似為0，則有按不

7、平度的譜密度計(jì)算車輪動(dòng)載的方差，則為 式中， 頻率響應(yīng)函數(shù)。1. 車輪動(dòng)載2. 行駛安全性 在極端情況下 ，此時(shí) ，從而車輪不能傳遞水平方向的力。如果這種情況出現(xiàn)在所有車輪上，車輛就喪失了駕駛的可能性，即使是一個(gè)車輪或某一車軸的兩個(gè)車輪的附著力惡化，也會(huì)對(duì)汽車的行駛性能帶來不利影響。因此，為了獲得較高的安全性能，車輪法向力變化幅度應(yīng)較小，這一點(diǎn)也表征為車輪法向力具有較小的標(biāo)準(zhǔn)差 ?？紤]到不同車輛的 差異較大，車輪法向力的變化系數(shù)kF應(yīng)盡可能的小，它定義為如果要求各種載荷情況下行駛安全性大致相同，須有3. 道路應(yīng)力 道路應(yīng)力可以用下面的影響因數(shù)來表征 式中， 是考慮到車輪與路面不是點(diǎn)接觸，車輪法向力是通過一塊或兩塊面積(視單胎或雙胎而定)作用于路面的系數(shù)； 是考慮到輪跡的面積可能隨輪胎的尺寸和氣壓等不同而有很大變化的系數(shù)。可認(rèn)為道路應(yīng)力的最大值為除最大應(yīng)力外，還可以定義道路應(yīng)力的平均值 即4. 車輪法向力沖擊系數(shù) 最大車輪法向力的大小不僅對(duì)道路應(yīng)力有