汽车平顺性仿真分析.ppt

第六章汽车平顺性仿真分析6.1汽车平顺性振动激励分析路面不平度对汽车产生的激励属于随机激励，其统计特性通常用路面功率谱密度函数来描述；在汽车行驶过程中，发动机气缸内的燃气压力和运动件的不平衡惯性力周期性的变化都会使曲轴系统和发动机整机产生振动，而且与整车传动系统密切相关的曲轴系统的扭振在发动机激励中表现比较突出；传动轴是一种高速旋转的部件，由于它的回转轴线与质量中心不完全重合，所以，在高速旋转的过程中，传动轴也会产生一定的激振力；轮胎的不均匀度、不平衡度以及车轮的垂直跳动是轮胎产生振动的主要原因。在上述三种振动激励中，路面不平度激励对汽车的平顺性影响最大，低频部分的振动主要是由随机路面的不平激励引起的悬挂质量系统和非悬挂质量系统的共振。由于影响乘坐舒适性的振动主要位于低频段，所以为了提高仿真的效率，在建立整车模型时主要考虑随机路面的不平度激励。6.2随机路面不平度拟合理论可以通过编写VB程序的方式生成随机路面。随机路面谱的编制应满足以下三项要求：
第一，路面谱的位置要处于轮胎的下方；
第二，路面谱向上的方向要指向轮胎所处的一侧；
第三，路面谱的大小要根据仿真的需要来确定。VB程序流程图6.3ADAMS软件的振动力学基础对于单自由度系统，如经典的弹簧—质量—阻尼系统，质量块的运动方程为

式（6-2）也可写成
根据无阻尼固有频率和阻尼比的定义式（6-3）重写为

ADAMS使用拉普拉斯变换，在仿真运行时把模型变换为线性矩阵，然后再通过特征值向量计算系统的固有频率和阻尼比，其计算结果与上述计算是等效的。一般来说，特征值由实部和虚部两部分组成，即。为了求解方便，设，将其代入式（6-4）中可得

于是微分方程（6-4）的通解为
（6-6）

由式（6-5）解得特征方程的根为

振动解的计算可以分为以下三种情况：
（1）当阻尼比时，式（6-7）即可变为

则式（6-6）随之变为
令则此时ADAMS利用下式计算无阻尼固有频率和阻尼比。

（2）当阻尼比或时，方程（6-4）的解表示振动响应按指数衰减，这种运动不再是振动，也不会产生共振之类的问题，对研究振动问题没有任何意义。所以当阻尼比大于或等于1时为过阻尼或临界阻尼状态，此时特征值不能被计算，即无振动解，阻尼值的结果均报告为1。
（3）当阻尼比时，表示为刚体模态。
6.4人体对振动的反应和汽车平顺性评价方法一、人体对振动的反应此标准认为人体对不同频率振动的敏感程度不同。椅面垂直轴向zs的频率加权函数wk最敏感频率范围为4~12.5Hz，其中，在4~8Hz频率范围内，人的内脏器官将会产生共振，而8~12.5Hz频率范围的振动对人的脊椎系统影响很大。车辆乘员所受的机械振动分为局部振动和全身振动两大类。局部振动是指作用于人体特殊部位（如头部和四肢）的振动。经过转向盘、踏板以及各种操纵机构传递到乘员的手或脚上的振动，属于局部振动。这种局部振动一般不会给乘员的身体健康造成损害，它只会对操纵车辆的精确度有一定的影响。全身振动是指通过人体的支承表面传给人体的振动。车辆乘员承受的乘坐振动属于全身振动，通过乘员的臀部、腰、背传给乘员，激起人体的全身振动，这种振动是可能对乘员健康造成严重伤害的主要振动形式，因为当振动激励频率接近人体主要器官的固有频率时，将引起相应器官的共振而产生相对位移，从而使人感到不舒适，严重时将危害人的身体健康。二、汽车平顺性评价方法客观评价方法主要考虑车辆的隔振性能，借助于测量仪器来完成对随机振动数据的采样和记录，在专用数据处理机上对数据进行适当处理后，以机械振动的各物理量（如振幅、频率、加速度等）作为评价指标，并适当考虑人体对振动反应的敏感程度来评价汽车的平顺性。由于客观评价方法排除了人与人之间的差异，并且以量值的概念对汽车的平顺性进行评价，所以这种方法可以比较精确、合理地分析汽车的平顺性。GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输人行驶试验方法》规定，对于人体振动的评价用加权加速度均方根值作为评价指标，并分别用
表示前后方向（纵向）、左右方向（横向）和垂直方向振动的加权加速度均方根值，也可用三轴向加权加速度均方根的矢量和即总加权加速度均方根值（用表示）作为评价指标。对货车车厢振动的评价用加速度均方根值和加速度功率谱密度函数作为评价指标。单轴向加权加速度均方根值可用如下四种方法进行计算：
（1）由等带宽频谱分析得到的加速度自功率谱密度函数计算
先按下式计算1/3倍频带加速度均方根谱值然后，再按下式计算
（6-8）

（2）通过对直接进行积分而计算
（6-9）

式中，为频率加权函数：
二、汽车平顺性评价方法（3）对于记录的加速度时间历程，通过符合频率加权函数或频率加权滤波网络得到加权加速度时间函数，按下式计算：

（4）由1/3倍频带均方根谱值计算
若数据处理设备对所记