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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。
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
27
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)
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
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
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
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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 )
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)
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。
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。
22
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）
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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)
30
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)
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。
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
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
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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
rz
wd
1.00
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
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
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