第二章-车辆悬架性能评价方法

1第二章车辆悬架性能评价方法路面不平度北京理工大学振动与噪声控制实验室2平顺性的评价方法汽车的平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动和冲击环境具有一定舒适度的性能，对于货车还包括保持货物完好的性能。平顺性主要是指路面不平度引起的车体振动，频率范围约为0.5～25Hz平顺性主要根据乘员主观感受的舒适性来评价，同时也辅助以客观评价的方法平顺性是现代高速汽车的主要性能之一3平顺性分析的框图表示“路面－－汽车－－人”系统框图系统激励经过轮胎、悬架、座椅等构成的汽车振动系统传递到车体及人体可以得到振动系统的响应，其中加速度均方根值是汽车平顺性的重要指标，同时还要兼顾安全性4常用悬架性能评价指标车体质心垂直振动加速度(ACC)反映乘员乘坐舒适性和车体振动环境悬架动行程(SWS)即车轮相对于车体垂直跳动的动位移，反映了车轮撞击限位器的概率车轮相对动载(DTL)即相对于静平衡位置时车轮载荷的变化，衡量车轮抓地能力，反映了高速车辆的行驶安全性5军用车辆悬挂性能评价指标第一负重轮上方车体垂直加速度，反映驾驶员的乘坐舒适性；第一、二、五负重轮相对于车体的动位移，反映了负重轮撞击限位器的概率；第一、二、五负重轮相对于车体的动速度，用以计算出减振器阻尼的功率（发热量），反映了减振器内工作液的温度。6路面不平度7问题的产生（1）8问题的产生（2）910路面不平度函数通常把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),称为路面纵断面曲线或路面不平度函数。11路面不平度的空间频率谱路面波的波长为时,它的空间频率为路面不平度的截断函数定义为:1n)(lq)(lqL202)()(LlLllqlqL12路面不平度的空间频率谱截断函数在空间频率的傅立叶变换为路面空间频率单边功率谱密度函数dlelqnQnljLL2)()(2)(2lim)(nQLnGLLq13路面功率谱密度函数的拟合表达式国内、外许多测量分析表明在双对数坐标上，呈下降斜线。国标准标协会在文件ISO/TC108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法草案”中，建议路面功率谱密度函数用下式作为拟合的表达式：ulWqqnnnnnnGnG))(()(0014标准路面功率谱密度ISO/TC108/SC2N67《路面不平度表示方法草案》GB7031《车辆振动输入－－路面平度表示》WqqnnnGnG00)()()(ulnnn式中：1m——空间频率，单位为n101.0mn——参考空间频率，0n——分别表示路面谱的上、下限空间频率ulnn,——参考空间频率n0下的路面谱值,称为路面不平度系数,单位为m2/m-1)(0nGq——频率指数,一般取W=2W15表1路面按路面不平度系数的分级路面等级mm2/m-1mm下限几何平均上限下限几何平均上限ABCDEFGH832128512204881923276813107216642561024409616384655362621443212851220488192327681310725242282.695.3810.7721.5343.0686.13172.26344.523.817.6115.2330.4560.90121.81243.61487.225.3810.7721.5343.0686.13172.26344.52689.04)(0nGqq16spC)(0nGq表2国内实测的四种道路不平度的统计资料道路种类Wm2/m－(1－W)mm2/m-1较平坦公路碎石路搓板路未铺装的不平路2.12.12.43.84.8×10-74.4×10-61.8×10-65.4×10-6120.91107.9904.368143.417一级公路和高速公路相当于A级；其他沥青路、水泥路约相当于B、C级；碎石（砾石）路面相当于D、E级；用筑路机压实的未铺装的路面和乡间压实的路面相当于D级，损坏后逐渐降至E级，甚至F级；田野地相当于F级；未铺装的不平路和由车辆履带辗压损坏的路面相当于G级。详见《路面不平度的测量分析与应用》18路面不平度的时间频率谱平均速度u)()()(1tqutqlqdlelqudtetqfQnljLftjTT2211)(1)()()(1)(1nQufQLT192)(2lim)(nQLnGLLq21)(2lim)(fQTfGTTq)(fGq1u)(nGq)1(00)()(20例子：某实测路面namein=['e:\teaching\road\road2l.m'];q=dlmread(namein);l=0:0.05:2566*0.05;plot(l,q)sum(q)/2567sqrt(sum(q.^2)/2567)21Ns=1/0.05;[Gq,n]=psd(q,256,Ns);loglog(n,Gq);gridon;holdon;22n=0.01:0.1:10;GqBup=32./n.^2;GqBlow=128./n.^2;loglog(n,GqBup);gridon;loglog(n,GqBlow);gridon;23由路面谱构造不平度路面不平度时域的数值仿真模拟方法很多，主要有谐波叠加法（又称为三角级数法）、积分单位白噪声法、滤波器成形白噪声法等。24由路面谱构造不平度路面不平度时域的数值仿真模拟方法很多，主要有谐波叠加法（又称为三角级数法）、积分单位白噪声法、滤波器成形白噪声法等。25基本原理：将路面不平度表示成为大量的具有随机相位的正弦或余弦之和1()sin(2)NKKKKqlanl三角级数法式中，l为路程（单位为m）；l为相角，为（）区间均匀分布的随机变量且相互独立。K0,226时间频率描述为：1()sin(2)NKKKKqtaft27如果空间频率分布的区间为（，），则与之对应的时间频率区间为（，）；按线性坐标等分积分频率积分区间，划分区间的个数随仿真路面长度而定。设与空间频率相对应的第K个时间频率分布区间取为（，），其满足lnhnlfhfKlfKhf(1)1()()KlKhlhlKhlhlKfffffNKffffN28则第K个中心频率为：121()22KKhKllhlKffffffN由Parseval公式和相关定理可知，时域中信号的总能量等于频域中计算的信号总能量，可得：20022()()2()()()[(1)][]KhKlfqhlKqfhlhlllGnnVffaGfdfffffNfKfKNN29从Parseval定理角度来定义功率谱密度——信号在时域的总能量等与它在频域的总能量22212xtdtXfdfXd3031表38种路面等级的积分白噪声法、滤波白噪声法、三角级数法均方根值比较路面等级积分白噪声法路面高程r.m.s.成形滤波器法路面高程r.m.s.三角级数法路面高程r.m.s.A0.012080.012020.0120B0.024150.024110.02416C0.04830.048240.04810D0.096610.096510.09590E0.19320.19220.1928F0.38190.380.3824G0.76970.76860.7641H1.5451.54391.5663