汽车振动系统的简化 单质量系统的振动PPT课件

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1、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 IyIx第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第1页/共43页22c2r2f2mmmm0r2f2bmam2r22f222bmammIyy 1）总质量保持不变 2）质心位置不变 3）转动惯量保持不变abmmbLmmaLmmyyy222c222r222f1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。aby2第2页/共43页302c222r222fmbLmmaLmmyy 对于

2、大部分汽车， = 0.81.2，即接近1。当 = 1时第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第3页/共43页4 在 =1 的情况下，前、后轴上方车身部分的集中质量m2f 、 m2r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，单质量系统的振动第4页/共43页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，单质量系统的振动第5页/共43页6二、单质量系统的自由振动02qzKqzCzm

3、22mCn 令220mK0220zznz KmCn2020振动系统固有圆频率；阻尼比。第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第6页/共43页7齐次微分方程的解为tnAznt220sine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m2以有阻尼固有频率220rn振动，振幅按ent衰减。第7页/共43页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220rn2010r20mK200212mKf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第8页/共43页92）

4、决定振幅的衰减程度21AAd 111eeTtnntAA1enT212e212lndd22ln411/阻尼比对衰减振动的影响两个相邻的振幅A1与A2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，单质量系统的振动第9页/共43页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

5、，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 q t z t第10页/共43页11qzqzHj QZ2j0ezz1j0eqq复振幅12j00ejqzHqz jejqzHz0、q0为输出、输入谐量的幅值；角；为输出、输入谐量的相、211.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 。00/jqzHqz 输出、输入谐量的幅值比，称为幅频特性。 12 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 z t q tjz qH第11页/共43页

6、12tzzj0e z令tqqj0e qzzjqqjz2z 02qzKqzCzm qzqzHjCKmCKjj22则第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动代入KCKCmjj22qz第12页/共43页130/频率比20/mK22/KmC阻尼比j21j21j2qzHqzqzHj21222221212.幅频特性第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动jz qH第13页/共43页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z 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dfdF第14页/共43

7、页153.幅频特性曲线0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg 用双对数坐标做出幅频特性曲线。0.11|z/q|10时当11z/q0lgz/q 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2122222121qz第15页/共43页160.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10 渐近线斜率为-2:1。 “频率指数”为-2。时当1021z/q z/qlg2lg-2:13.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第16页/共43页170.1110频

8、率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10渐近线斜率为-1:1。“频率指数”为-1。时当15 . 0-2:1z/q1121222 lglg z/q-1:13.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第17页/共43页180.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1 确定低频段和高频段渐近线的交点。时和5 . 000lg20lg交点要满足1得交点的3.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第18页/共43页190.1110频率比=/010l

9、g|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1时21z/q 与无关，即无论阻尼比取何值，幅频特性曲线都要经过 点）（12,23.幅频特性曲线2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第19页/共43页200.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1共振时，124110z/q0z/q时0时5 . 020z/q20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2122222121qz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动25. 05 . 0第20页/共43页214.幅频特性曲线的讨论1）

10、低频段75. 00 |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0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性25. 05 . 0第21页/共43页224.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。275. 0第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性25. 0

11、5 . 0第22页/共43页234.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。2时，21z/q与无关时，21z/q第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:120单质量系统位移输入与位移输出的幅频特性25. 05 . 0第23页/共43页242）振动响应量的功率谱密度与均方根值 fGfHfGqqxx2 fGx fGq qxfH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

12、。第24页/共43页25 02dffGxx 02dffGfHqqxx fGfHfGqqxx2 02dffGxx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）xq qGf第25页/共43页263）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。xx0122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%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

13、率P第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动第26页/共43页27122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%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1g的概率P=1%，求车身加速度的标准差 。z z 时，58. 2%1Pzz 58. 2gz10 1 /2.580.39zgg第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动例1即 =0.39g 时，可以使 超过1g的概率P=1%。zz 第27页/共43页28122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%95.4%99%99

14、.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 。时3%3 . 0P fdd0d3 ff3cmfd cm9cm33df第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动fd即=3cm， =9cm 可使撞击限位的概率为0.3%。例2dfdfdfdffddf第28页/共43页29122.5833.29P31.7%4.6%1%0.3%0.1%1P68.3%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1/

15、dGFGFGF/d310d相应界限值 当车轮与路面间的动载Fd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。d3FGd/1/3F G, 3此时%3 . 0P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3dFdF第29页/共43页302.车身加速度的功率谱密度 的计算分析 z G qqzzGHG2j 路面输入除采用 外，还可以采用 和 。 qG qG qG 相应地，幅频特性要采用 和 。2jqzH 2jqzH 第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的

16、振动第30页/共43页31 qqzqqzqqzzGHGHGHG jjj输入、输出均方根谱之间的关系路面输入的均方根谱 unnGGunnGGunnGGqqqqqq20020020022/2 QunnGGqq2002令 /QGq则 QGq 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，单质量系统的振动第31页/共43页32 QGq /QGq QGq 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，单质量系统的振动第32页/共43页33三个幅频 特性为qzqzqqzqzqqzqzq22222jjj zHzHzHqzqzqz第三节 汽车振动系统的简化，单质量

17、系统的振动第33页/共43页34qz2jHqz qzqzH jqzHqz j第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:12025. 05 . 0第34页/共43页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 qG Gz qzH )(jQlg第35页/共43页3621101001szq0.1110激振频率 f / Hz=0.25=0.5f0=1Hzf0=2Hz02020

18、41124110fqz 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 f0 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0.250.5f = f0 =114.048.88f = f0 =228.0817.76第36页/共43页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q zF 2dmgmG2gGzF d第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动z q/FGdqz dFdF第37页/共43页384.悬架弹簧的动挠度 对 幅频特性

19、的分析qzfd1dqzqqzqf2j122dqf212224d21qfq H2j12j1j2qzqz第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动df第38页/共43页39在低频段，1，0z时，产生共振10d1/2fq 0d(0)/10.5 fq2:10:121222421qfd第三节 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动频率比=/00.1 1 101010.1=0=0.5=0.25第39页/共43页40/qf1q /fdd00d4121qf0f/2:10:11:1-1:1思考：悬架固有频率 f0 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0.250.5f = f0=10.31

20、80.159f = f0=20.1590.080df第40页/共43页415.悬架系统固有频率f0与阻尼比的选择思考：悬架系统固有频率 f0 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？车车 型型f0/ /Hz /cm /cm轿车轿车1.21.1153079货车货车21.56116902.0.4大客车大客车1.81.271558越野汽车越野汽车21.3613713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0sdfff、 、sfdf第41页/共43页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第42页/共43页43感谢您的观看。第43页/共43页