❖ 了解汽车平顺性的影响因素。
汽车平顺性可由路面-汽车-人系统框架图来分析
路面
汽车
人
输入
路面不 平度
车速
振动系统
弹性元件 阻尼元件 车身、车
轮质量
输出 车身传至人体
的加速度 悬架弹簧动挠度 车轮与路面之间
的动载
评价指标 ➢加权加速度
均方根值 ➢撞击悬架限位
概率 ➢行驶安全性
行驶平顺性的定义
➢ 汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度 范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所 产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳 ，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。
舒适降低界限为疲劳-工效降低界限的1／ 3.15。各界限容许加速度值，随频率的变化 趋势完全一样。
人体最敏感的频率范围
❖ 垂直方向：4~12.5HZ ➢ 4~8HZ ：人体内脏器官产生共振 ➢ 8~12.5HZ：影响人的脊椎系统
❖ 水平方向：0.5~2HZ
第二节 汽车震动系统的简化
z
一、7 自由度模型
❖ 五、非悬挂质量：减少非悬挂质量，可以减少传给
车身上的冲击力。非悬挂质量的振动，对悬挂质量振 动加速度有较显著的影响。因此，为了提高汽车的平 顺性，采用非悬挂质量较小的独立悬挂更为有利。
❖ 非悬挂质量对行驶平顺性的影响，常用非悬挂质量与 悬挂质量之比 进行评价。比质量越小，则行驶平顺性 越好。
❖ 总之，影响行驶平顺性的结构参数是很多，并且彼此 间的关系较复杂，必须对这些参数进行综合分析，以 便正确地选择参数，提高汽车行驶的平顺性。
❖ 减振器的阻尼效果好，可提高汽车行驶平顺性 ，改善车轮与道路的接触条件，防止车轮离开 路面，因而可改善汽车的稳定性，提高汽车的 行驶安全性。改进减振器的性能，对提高汽车 在不平道路上的行驶速度有很大的作用。
❖ 三、轮胎：轮胎由于本身的弹性，在很大程 度上吸收了因路面不平所产生的振动，因此 它和悬架系统共同保证了汽车的平顺性。
两自由度：车轮，车身垂直速度Z
二、双质量振动系统模型
m 2r
m 2f
m 1r
m 1f
三、单质量振动系统模型
z
f 5Hz 轮胎的变形十分小 ( ft : 车轮固有频率,ft 10 ~ 15HZ ) 单质量振动系统
m
x
Kc q
单质量系统的自由振动
二阶常系数方程
ms z C(z q) K (z q) 0
悬挂的非线性弹性特性的实现方法
❖ 在线性悬架中，加入辅助弹簧、复合弹簧 ，采用适当的导向机构，以及与车架的支 承方式等。
❖ 选用具有非线性特性的弹性元件，如空气 弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧和硅油弹簧等 。
❖ 二、阻尼系统的阻尼：为衰减车身自由振动和 抑制车身、车轮的共振，以减小车身的垂直振 动加速度和车轮的振幅，悬架系统中应具有适 当的阻尼。
❖ 为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过 大。达到1g车身加速度，可能使没有固定的货物离开 车厢底板。
❖ 所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6g～0.7g。
二、人体对振动的反应
❖ ISO在综合大量有关人体全身振动的研究工作 和文献的基础上，订出了国际标准IS02631《 人体承受全身振动的评价指南》。
❖ 轮胎性能的好坏，是用轮胎在标准气压和载 荷下，压缩系数的大小(轮胎被压下的高度与 充气断面高度的百分比)来表示的。在最大允 许负荷作用下，普通轮胎的压缩系数为10% ～ 12%，为了乘坐舒适，客车轮胎的压缩系 数稍大些，为12%～14%。
提高轮胎缓冲性能的方法
❖ 增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并 相应降低轮胎气压。
❖ 该标准用加速度的均方根值给出了在1～80Hz 振动频率范围内人体对振动反应的三个不同 的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳降 低工作效率界限和舒适降低界限。
暴露极限：当人体承受的振动强度在此 界限内，将保持人的健康或安全。它作 为人体可承受振动量的上限。
疲劳-工效降低界限：当人承受的振动 强度在此界限内时，能准确灵敏地反应， 正常地进行驾驶。它与保持人的工作效 能有关。
r : 有阻尼固有频率, r 02 n2
振幅按ent衰减
z
A
A1
A2
Aent
t Aent
衰减振动曲线
阻尼比对衰减振动的影响(1)
r 02 n2＝0 1－ 2 r ＝1 r＝0
大阻尼时系统不振动
0.25 0 r 0
3％ r
0
阻尼比对衰减振动的影响(2)
d A1 : 减 幅 系 数 A2
❖ 弹性元件：将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单 自由度振动的质量时，减少悬架刚度，可降低车身 的固有频率，提高汽车行驶的平顺性。但悬架刚度 过低，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现 象。因此可采用具有非线性特性的变刚度悬架，即 悬架的刚度随载荷而变，这样可以使得在载荷变化 时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好 的平顺性。
任务五 汽车行驶平顺性评价指标 及检测
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 第二节 汽车振动系统的简化，单质量系
统的振动 第三节 影响汽车行驶平顺性的因素
学习目标
❖ 掌握汽车行驶平顺性的评价指标和人体对振动 反应的感觉界限；
❖ 掌握汽车振动系统的简化方法，并能正确分析 车身振动的单质量系统模型；
z C (z q) K (z q) 0
ms
ms
z
ms
Kc
q
令: 2n C , ms
02
K ms
0 : 系统固有圆频率
f0
0 2
1
2
K ms
：阻尼比， n C 0 2 ms K
微分方程的齐次方程 :
&z& 2nz& 02 z 0 0.25, 属于小阻尼 z Aent sin( 02 n2 t )
2
d
A1 A2
A e n t1 A e n ( t1 T )
e nT
e
1 2
2
2
2
nT n n
r
0 12
1 2
ln d 2 1 2
( d )
1
1 4 2 / ln 2 d
(d ?)
试验方法测阻尼 比ξ
第三节 影响汽车行驶平顺性的因素
❖ 一、悬架结构：悬架结构主要指弹性元件、导向装 置与减振装置，其中弹性元件与悬架系统的阻尼对 平顺性影响较大。
Iy
m2
2 y
m2 f a2
m2rb2
m2c
m2
1
2 y
ab
m2 c a c,b cφ
m 2c
m 2f
m 1r
b
a
m 1f
L
四自由度汽车模型的简化
悬挂质量分配系数：
2 y
ab
＝1 联系质量m2c 0
m2 f 和 m2r 的振动是独立的
两自由度模型
❖ 一 、 汽车行驶平顺性的评价指标
❖ 常用汽车车身振动的固有频率和振动加速度均方根值， 评价汽车的行驶平顺性。
❖ 为保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频 率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率， 它约为60～80次／min(1～1.6Hz),振动加速度的极限值 为0.2g～0.3g。
➢ 由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度 来评价，所以又称为乘坐舒适性。
良好行驶平顺性的意义
❖ 汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通 过悬架的弹性元件与车桥连接，而车桥又通过 弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室 等，也是以橡皮垫固定于车架上。
❖ 由于道路不平而引起的冲击和加速、减速时的 惯性力，以及发动机与传动轴振动等产生的激 振力作用于车辆系统，将使系统发生复杂的振 动，对乘员的生理反应和所运货物的完整性， 均会产生不利的影响。
舒适降低界限：在此界限之内，人体对 所暴露的振动环境主观感觉良好，能顺 利地完成吃、读、写等动作。它与保持 人的舒适有关。
等时间曲线
m / s2
加 速 度 均 方 根 值
m / s2
加 速 度 均 方 根 值 tc
垂直方向
tc fc
水平方向
fc
三个界限的关系
❖ 这三个界限只是容许的振动加速度值不同。 ❖ 暴露极限的值为疲劳-工效降低界限的2倍，
4车轮，Ix Iy Z
y
x
当汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数
x(I)y(I)
此时汽车车身只有垂直振动Z和俯仰振动Iy。
1）总质量不变，m2 c m2 f m2r m2c m2
m2 f
m2
2 y
aL
2）质心位置不变 m2 f a m2rb 0
m2r
m2
2 y
bL
3）转动惯量I y不变，I y c
❖ 改变轮胎结构型式，如采用子午线轮胎。 因轮胎径向弹性大，可以缓和不平路面的 冲击，并吸收大部分冲击能量，使汽车平 顺性得到改善。
❖ 提高帘线和橡胶的弹性，要用较柔软的胎 冠。
四、悬挂质量：如前所述，悬挂质量分配
系数为
2 y
ab
， 是评价汽车平顺性极其重要的参数。
它取决于悬挂质量的分布情况。悬挂质量 的布置应使 ε≈1。当ε≈ 1时，前、后悬挂 质量的振动彼此互不影响。
良好行驶平顺性的意义
❖ 振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至 引起损坏，降低了汽车的使用寿命。
❖ 振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。
❖ 因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐 的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的 运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可 靠性等方面。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价