1、汽車振動基礎 授課對象：本科生 學科專業(yè)：車輛工程 序言 為什么要開設汽車振動這門課程？ 我國擺脫汽車制造 大國而非制造強國 的困境 順應汽車向高速化 和輕量化發(fā)展趨勢 振動噪聲分析是進行大量汽車動態(tài) 性能分析的理論基礎、汽車平順性、 乘坐舒適性、發(fā)動機的減振隔振及 振動噪聲控制、車身結構的模態(tài)分 析等 汽車振動是汽車行業(yè)必不可少的理論基礎之一 主要參考資料 1靳曉雄，張立軍，江浩. 汽車振動分析M. 同濟大 學出版社. 2002.05 2吳業(yè)森，羅明廉. 隨機振動. 機械工業(yè)出版 社. 1988 3盛驟，謝式千，潘永毅. 概率論與數理統計. 高等教育出版社. 1996.3 主要講述內容 概述

2、 單自由度系統的振動 兩自由度系統的振動 多自由度系統的振動 隨機振動 汽車振動應用與實踐 概論內容簡介內容簡介 3 3、簡諧振動、諧波分析及頻譜分析、簡諧振動、諧波分析及頻譜分析 1、振動及其研究的問題振動及其研究的問題 在外力的作用下，彈性的機械或結構不僅產生剛體運動，還會產生由于在外力的作用下，彈性的機械或結構不僅產生剛體運動，還會產生由于 自身彈性而引起在平衡位置附近的微小往復運動，這種往復運動通常稱為振動。自身彈性而引起在平衡位置附近的微小往復運動，這種往復運動通常稱為振動。 振動所研究的問題通常分為振動所研究的問題通常分為振動分析、環(huán)境預測和系統辨識振動分析、環(huán)境預測和系統辨識三類

3、。三類。 4 4、汽車上的振動問題、汽車上的振動問題 發(fā)動機和傳動系統、懸架系統、制動系統、轉向系統、車身和車架發(fā)動機和傳動系統、懸架系統、制動系統、轉向系統、車身和車架 2 2、振動的分類及研究振動的一般方法、振動的分類及研究振動的一般方法 自由振動、受迫振動、簡諧振動、周期振動、非周期振動、隨機振動自由振動、受迫振動、簡諧振動、周期振動、非周期振動、隨機振動 理論分析法、實驗研究法、理論與實驗相結合的方法理論分析法、實驗研究法、理論與實驗相結合的方法 剛體運動 應變?yōu)榱愕倪\動 振動 在所研究的機械或結構均為彈性體時，在外力作用下不僅產生剛體運動，還會 產生由于自身彈性在平衡位置附近的微小往

4、復運動。 基本概念 振動頻率 振動變化快慢：工程上常用赫茲（Hz）表示 振動是自然界最普遍的現象之一，例如 l心臟的搏動、耳膜和聲帶的振動 l橋梁和建筑物在風和地震作用下的振動 l飛機和輪船航行中的振動 l汽車在崎嶇不平道路上行使引起的振動 l機床和刀具在加工時的振動 振動的危害與利用？ 地震 地球表層的快速振動位移變化影響 車船振動（加速度影響） 車輛平順性-座墊處振動加速度評價（加權加速度） 0.315m/(s*s),沒有不舒適 0.3150.63，有一些不舒適 0.51.0, 比較不舒適 0.81.6，不舒適 1.252.5，很不舒適 2.0, 極不舒適 =9.8呢，會是什么現象？ 機床

5、振動降低機床的精度，產生誤動作，影響其性能 機械噪聲紡織廠工人耳聾耳背、鉆孔機、打樁機、導振器等 遇到氣流時飛行中的飛機氣流引起的共振導致飛機折翼 遇到海浪時航行中的輪船海浪引起的共振引起輪船斷裂 導彈遇到空氣流引起的振動會影響導彈的命中率 振動的危害振動的危害 對人體的影響（頻率） 全身振動的生理反應 對機械結構 風吹橋垮 加工精度 駕駛穩(wěn)定 瞄準精度 影響結構疲勞壽命 (1) Tacoma 峽谷大橋峽谷大橋 (1940.7.11940.11.07) 舞動的格蒂 “獵風行動”風洞試驗 強壯的格蒂 1950 今天的塔科馬海峽大橋2007 卡門渦街卡門渦街（K Krmrmn vortex str

6、eetn vortex street） 卡門渦街卡門渦街是指流體繞過非流線形物體時，物體尾流左右兩側產生是指流體繞過非流線形物體時，物體尾流左右兩側產生 的成對的、的成對的、 交替排列的、旋轉方向相反的反對稱渦旋交替排列的、旋轉方向相反的反對稱渦旋 共振 英國渡橋電廠冷卻塔英國渡橋電廠冷卻塔 (1965) 塔高塔高122m, 122m, 鋼筋混凝土結構鋼筋混凝土結構19651965年年1111月月1 1日，英國渡橋電廠的日，英國渡橋電廠的8 8座冷卻塔在座冷卻塔在8 8 級風中倒掉了級風中倒掉了3 3座座19731973年年9 9月月2727日，英國日，英國 ArdeerArdeer又在大風中

7、倒掉了又在大風中倒掉了1 1座冷卻塔。共振座冷卻塔。共振 日本核試驗引起的地震 消耗能量 對人體不良影響 A聲級聲級(dB)影響影響后果后果噪聲評噪聲評 價價 3050保證休息保證休息 4060保證腦力勞動保證腦力勞動 70以下以下下限理想值下限理想值完全不使聽力受損完全不使聽力受損 7090保護健康聽力保護健康聽力 允許范圍允許范圍 90略超略超工作不舒服、工作不舒服、 但不痛苦但不痛苦 經過休息可以恢復，但長期暴經過休息可以恢復，但長期暴 露會產生永久性聽力損失露會產生永久性聽力損失 強噪聲強噪聲 115以上以上痛苦痛苦會產生不可恢復的永久性聽力會產生不可恢復的永久性聽力 損失損失 過強噪

8、過強噪 聲聲 生活、工作和 車輛噪聲國內外均有法規(guī) 加以約束和控制 振動噪聲的危害振動噪聲的危害 聲音 想一下世界上沒有聲音會怎么樣？ 大家想一下耳膜和聲帶不振動將帶來的后果是什么？ 利用振動的工作裝置 鐘表 振動壓路機 混凝土導振器 手機振動裝置 振動篩 上課老師聽不到而學生聽得到的手機響鈴？ 雖然各個不同領域中的現象雖然各具特色，但往往有著相雖然各個不同領域中的現象雖然各具特色，但往往有著相 似的數學力學描述。正是在這個共性基礎上，有可能建立某種統似的數學力學描述。正是在這個共性基礎上，有可能建立某種統 一的理論來處理各種振動問題。一的理論來處理各種振動問題。 借助數學、物理、實驗和計算技

9、術，探討各種振動現象，借助數學、物理、實驗和計算技術，探討各種振動現象， 闡明振動的基本規(guī)律，以便克服振動的消極因素，利用其積極因闡明振動的基本規(guī)律，以便克服振動的消極因素，利用其積極因 素，為合理解決各種振動問題提供理論依據。素，為合理解決各種振動問題提供理論依據。 學習振動理論的目的之一：學習振動理論的目的之一： 掌握振動的基本理論和分析方法，用以確定和限制振動對工程結掌握振動的基本理論和分析方法，用以確定和限制振動對工程結 構和機械產品的性能、壽命和安全的有害影響。構和機械產品的性能、壽命和安全的有害影響。 振動系統：以實現一定的機械運動、輸出一定的機械能，以及承受一定的機械載振動系統：

10、以實現一定的機械運動、輸出一定的機械能，以及承受一定的機械載 荷為目的的系統。荷為目的的系統。可以是一個零部件、一臺機器或者一個完整的工程結構等 振動系統的輸入和輸出，往往又分別稱為振動系統的輸入和輸出，往往又分別稱為“激勵激勵”和和“響應響應”。輸入或激勵是表。輸入或激勵是表 示初始干擾和激振力等外界因素對系統的作用。輸出或響應是指系統在輸入或外激勵示初始干擾和激振力等外界因素對系統的作用。輸出或響應是指系統在輸入或外激勵 作用下所產生的動態(tài)響應。作用下所產生的動態(tài)響應。 振動系統的振動系統的“激勵激勵”一般是外界對系統的作用，它可能是力，也可能是位移。而一般是外界對系統的作用，它可能是力，

11、也可能是位移。而 “響應響應”則一般是系統的變形、位移、速度或加速度。則一般是系統的變形、位移、速度或加速度。 振動研究的問題（振動研究的問題（1 1） 輸入 激勵f(t) 輸出 響應x(t) 振動系統 h(t) 對于一般的振動系統問題，可以用下圖所示的框圖來說明，振動系統對于一般的振動系統問題，可以用下圖所示的框圖來說明，振動系統 是指所研究的振動對象。是指所研究的振動對象。 幾大方面 振動隔離 在振動源不可能完全消除的情況下，研究如何減小振動對結構的影響。 發(fā)動機懸置隔振 汽車懸架隔振作用 在線控制 利用振動信號監(jiān)測設備工作狀態(tài)，診斷故障。 對發(fā)動機故障進行的振動監(jiān)測和診斷 振動設備和工具

12、開發(fā) 利用振動原理，研究和開發(fā)新型的振動源和振動工具。 地下鉆孔機利用振動來松動土層，減小阻力，提高鉆孔效率 振動響應分析 對系統進行振動響應分析，研究其的動態(tài)性能。 汽車平順性分析 石油勘探 隧道地質環(huán)境勘測 模態(tài)分析 主要是對振動系統模態(tài)分析的理論和實驗的研究。 振動研究的問題（振動研究的問題（2 2） 減小汽車在不平路面上行使時傳給減小汽車在不平路面上行使時傳給 車身的振動車身的振動 模態(tài)分析是研究結構動力特性一種近代方法，是系統 辨別方法在工程振動領域中的應用。模態(tài)是機械結構 的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、 阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數可以由計算或試驗 分析取得，這樣

13、一個計算或試驗分析過程稱為模態(tài)分 析。 根據給定的條件及求解的問題不同，振動所研究的問題主要有如下三類：根據給定的條件及求解的問題不同，振動所研究的問題主要有如下三類： 振動分析：振動分析： 如已知路面條件和車輛結構，如已知路面條件和車輛結構，乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性分析。 振動隔離振動隔離 動態(tài)特性分析動態(tài)特性分析 如為減小汽車在不平路面上行駛時傳給車身振動的如為減小汽車在不平路面上行駛時傳給車身振動的汽車懸架設計。 已知激勵和系統特性，求系統響應已知激勵和系統特性，求系統響應。 振動的正問題。振動的正問題。 已知系統特性和振動響應，求系統所受到的激勵。已知系統特性和振動響應，求系統所受到的激

14、勵。 有在線控制、工具開發(fā)等，如有在線控制、工具開發(fā)等，如振源判斷、載荷識別、工況監(jiān)控與故障診斷振源判斷、載荷識別、工況監(jiān)控與故障診斷等，等， 基于五輪儀的基于五輪儀的路面譜測量路面譜測量就是這方面的應用。就是這方面的應用。 環(huán)境預測：環(huán)境預測： 振動的逆問題振動的逆問題 這類問題往往用模態(tài)實驗的方法識別出系統，以建立振動模型或檢驗已有的這類問題往往用模態(tài)實驗的方法識別出系統，以建立振動模型或檢驗已有的 理論模型。理論模型。 系統辨識：系統辨識： 已知激勵和系統響應，確定系統的特性。已知激勵和系統響應，確定系統的特性。也是振動的逆問題也是振動的逆問題。 振動研究的問題（振動研究的問題（3 3）

15、 研究機械振動的基本方法研究機械振動的基本方法 理論分析方法 試驗研究 理論分析與試驗相結合 理論分析方法理論分析方法 建立振動系統的力學模型建立振動系統的力學模型 建立運動方程建立運動方程 求解方程，得到響應規(guī)律求解方程，得到響應規(guī)律 力力 學學 知知 識識 單自由度系統單自由度系統 高等數學高等數學 （微分方程）（微分方程） 多自由度系統多自由度系統 線性代數線性代數 （矩陣運算）（矩陣運算） 建立系統的力學模型建立系統的力學模型 系統之所以振動是因為：系統之所以振動是因為： （1 1）系統受到了外部）系統受到了外部激勵激勵這是外因；這是外因； （2 2）系統具有）系統具有質量質量和和彈性

16、彈性這是內因。這是內因。 從能量轉化的角度看，外界對系統的激勵就是對系統做功，這個功被儲存到系從能量轉化的角度看，外界對系統的激勵就是對系統做功，這個功被儲存到系 統中，一部分轉化為質量塊的動能，一部分轉化為彈性體的變形勢能。統中，一部分轉化為質量塊的動能，一部分轉化為彈性體的變形勢能。 反復振動的過程就是激勵功、動能和勢能之間不斷轉化的過程。反復振動的過程就是激勵功、動能和勢能之間不斷轉化的過程。 如果系統沒有繼續(xù)從外界獲得能量，在經歷一段時間后振動就會停止，這是因如果系統沒有繼續(xù)從外界獲得能量，在經歷一段時間后振動就會停止，這是因 為系統存在為系統存在阻尼阻尼。 0 ( )sinf tFt

17、 0 sinmxcxkxFt 質量阻尼系數彈性激勵 質量 彈性 阻尼 激勵 振 動 系 統 四 要 素 如何確定？ )( 12 xxkFs 彈簧元件及表示符號 實際機器或結構元件的質量是分布的，彈性也是如此。這種分布參數系實際機器或結構元件的質量是分布的，彈性也是如此。這種分布參數系 統往往不能按照解析法求解，所以，將實際上是分布參數的系統簡化成離散統往往不能按照解析法求解，所以，將實際上是分布參數的系統簡化成離散 系統，也就是簡化成具有若干集中質量并由相應的系統，也就是簡化成具有若干集中質量并由相應的彈簧和阻尼器彈簧和阻尼器聯接在一起聯接在一起 的系統。下面將的系統。下面將彈簧、阻尼器彈簧、

18、阻尼器和和質量質量的特性予以說明。的特性予以說明。 剛度（彈簧） （1 1）彈簧是表示力與位移關系的元件。）彈簧是表示力與位移關系的元件。 （2 2）在力學模型中被抽象為無質量并具有線彈性的元件）在力學模型中被抽象為無質量并具有線彈性的元件 直線位移的彈簧直線位移的彈簧 大家思考一下扭轉振動系統中，質大家思考一下扭轉振動系統中，質 量作扭轉運動時，力和相對位移關量作扭轉運動時，力和相對位移關 系是什么？系是什么？ k彈簧剛度 x1、x2彈簧兩端點的位移 阻尼器 （1 1）阻尼器是表示力與速度關系的元件。）阻尼器是表示力與速度關系的元件。 （2 2）在力學模型中被抽象為無質量并具有線性組你系數的

19、元件）在力學模型中被抽象為無質量并具有線性組你系數的元件 粘性阻尼粘性阻尼 C 為粘性阻尼系數為粘性阻尼系數 大家思考一下哪些變送器帶有阻尼大家思考一下哪些變送器帶有阻尼 系數？阻尼系數具體是什么概念？系數？阻尼系數具體是什么概念？ 能起到什么具體作用？阻尼原理是能起到什么具體作用？阻尼原理是 什么？什么？ )( 12 xxcFd 粘性阻尼及表示符號 質量 （1）質量是表示力和加速度關系的元 件。 （2）在力學模型中，他被抽象為絕對 不變形的剛體。 xmFm 質量元件 及表示符號 m為比例常數，它是剛體所具有的慣性的一為比例常數，它是剛體所具有的慣性的一 種度量。種度量。 大家思考一下扭轉振動

20、系統中，質 量作扭轉運動時，力、加速度的表 示及關系是什么？ 下面舉例給大家講述一下利用以上四要素表示的單自由度系統 單自由度振動系統 平移運動 扭轉振動 平移運動：平動自由度 質量kg 剛度（拉壓簧）N/ m 阻尼N/(m/s) 激勵: 力N 扭轉振動：扭轉自由度 轉動慣量kg -m*m 扭轉剛度（扭簧）(N-m)/rad 扭轉阻尼(N-m)/(rad/s) 激勵：扭矩N-m 模型簡化 四大要素確定后，一個振動系統就可以完全確定哪個下來 怎么能將建立的模型用來分析呢？怎么能將建立的模型用來分析呢？ 當一個實際振動系統比較復雜時，當一個實際振動系統比較復雜時， 建立的模型越復雜，越接近實際建立

21、的模型越復雜，越接近實際 情況，也越能進行逼真的模擬。情況，也越能進行逼真的模擬。 建立的模型越復雜，分析越困建立的模型越復雜，分析越困 難，建立的模型越簡單，分析難，建立的模型越簡單，分析 越容易，但是得到的結果可能越容易，但是得到的結果可能 不精確。不精確。 解決辦法：在建立振動系統力學模型的過程中，總是在求的簡化表達和逼真模擬解決辦法：在建立振動系統力學模型的過程中，總是在求的簡化表達和逼真模擬 二者之間的折衷。但是，一個完整系統的力學模型不僅與實際機械的結構有關，二者之間的折衷。但是，一個完整系統的力學模型不僅與實際機械的結構有關， 還與研究內容和側重點有關。還與研究內容和側重點有關。

22、 以汽車這樣一個復雜的振動系統為例，要根據分析的問題進行簡化。把汽車車身以汽車這樣一個復雜的振動系統為例，要根據分析的問題進行簡化。把汽車車身 看作剛體的立體模型。由車身、車架及其上的零部件組成，通過減振器和懸架彈看作剛體的立體模型。由車身、車架及其上的零部件組成，通過減振器和懸架彈 簧與車軸、車輪相連接。簧與車軸、車輪相連接。 四個自由度（對稱于縱軸線）： 車身質量的垂直、俯仰 兩個車輪質量的垂直 七個自由度： 車身質量的垂直、俯仰、側傾 四個車輪質量的垂直 二個自由度（前后軸懸架質量分配定值）： 車身質量（簧載）的垂直坐標 車輪質量（簧下）的垂直坐標 單自由度（遠離車輪、低頻）： 車身質量

23、（簧載）的垂直坐標 建立系統的運動方程建立系統的運動方程數學模型數學模型 0 11 i N i ii N i i rfrF 1 ()0 N ii ii i Fm rr 0(1,2, jjj dTTU jn dtqqq ) 虛功原理（靜動法，J.Bernoulli） 0 1 i N i i rf理想約束 達朗貝爾（DAlembert）原理（動靜法） 拉格朗日（Lagrange）方程 =0 (i ii i Fm r=1,2,n) 牛頓第二定律 j j U Q q 保守力 動力學普 遍方程 動力學普遍方程在廣義坐標系下的具體表示 通過求解運動微分方程，得到系統的響應，掌握振動規(guī)律。也就是得 到振動系

24、統的物理量（如位移、速度、加速度等）隨時間的變化規(guī)律， 還可以通過運動方程得到系統的特征方程或頻率方程，從而求出系統的 固有頻率、振動模態(tài)等。 求解運動微分方程的方法： 解析法 數值法 一般多采用數值法，也就是近年來發(fā)展起來的數值模擬等。主要有有 限元法、有限體積法、有限差分法等等，相對應的軟件數不勝數。 求解方程求解方程 放大器 測振儀頻譜分析 信號發(fā)生器 振動系統 傳感器 激振器 實驗研究方法 振動分析結果的驗證 直接測量振動系統的振動響 應，并進行分析以了解其振 動特性。 系統辨識 用已知的振源法激振 研究對象，并測取振動響 應，也就是利用系統的輸 入和輸出信號建立系統數 學模型的理論和

25、方法 3）理論與實驗相結合的方法 通過理論分析與實驗相結合的方法可以更好地研究振動。 通過模態(tài)分析實驗方法識別出系統，建立系統特性模型，或通過振動響應實驗來驗 證理論分析的結果，也可以用理論分析的方法預測系統的響應。 振動基本物理量 機械系統圍繞平衡位置做往復運動 基本物理量：位移、速度、加速度、應力、應變等 振動分類 根據系統的輸入、輸出和系統特性不同，機械振動分類： 自由振動：沒有外界激勵作用（受初始干擾后） 強迫振動：在外在激勵下產生振動 自激振動：系統在輸入和輸出之間具有反饋特性，能源補充 參數振動：周期或隨機地改變系統特性參數而產生的振動 振動運動學概念 根據描述系統的微分方程分類

26、線性振動：常系數線性微分方程描述 非線性振動：非線性微分方程描述 根據系統的自由度分類 單自由度系統的振動 用一個獨立坐標就能確定位置的系統振動 多自由度系統的振動 用多個獨立坐標才能確定位置的系統的振動，包括二自由度系統的 振動 無限多自由度振動 要用無限多個獨立坐標才能確定位置的系統的振動，也稱彈性體振 動 根據系統的振動規(guī)律分類 周期振動：振動量是時間的周期函數，如簡諧振動。 非周期振動：振動量不是時間的周期函數。 瞬態(tài)振動：非周期持續(xù)性振動 穩(wěn)態(tài)振動：一段時間后逐漸消失 隨機振動 振動量不是時間的函數，只能通過概率統計的方法來研究。振動過 程中振幅、相位。頻率都是隨機變化的。 簡諧振動

27、 定義 物理量按時間的正弦或余弦函數變化 簡諧振動的函數表示方法 )sin()2sin() 2 sin()( tAftAt T Atx ) 2 sin()cos()( tAtAtxv )sin()cos()( 22 tAtAtxa 加速度方向始終 指向 靜平衡位置 A 幅值 T 周期 頻率（圓頻率） 相位 2 xx 簡諧振動曲線 2 sin()sin()sin(2)xAtAtAft T 振幅 周期 初相位 圓頻率 頻率 簡諧振動的旋轉矢量表示法 旋轉矢量投影旋轉矢量投影)sin(tAx b a baA tAx tbx tax tan )sin( sin cos 22 2 1 簡諧振動的復數表示

28、法 一般用虛部表示簡諧振動規(guī)律 )( )sin()cos( tj Ae tjAtAz )Im( )( tj Aex )()( )( tjtj eAjAe dt d x )(2)( )( tjtj eAeAj dt d x 諧波分析把一個周期函數展開成傅立葉級數，將非簡諧的周期函 數展開成一系列簡諧函數之和，并應用于振動理論。 狄利克雷（狄氏）條件傅立葉級數展開 連續(xù)函數只有有限個第一類間斷點 函數只有有限個極值點 周期函數傅氏級數展開形式 設周期函數x(t)周期為T，在-T/2,T/2區(qū)間上滿足狄氏條件 1 0 1 0 )cos(sincos 2 )( n nn n nn tnAAtnbtna

29、 a tx 2 2 2 2 2 2 0 sin)( 2 cos)( 2 )( 2 T Tn T Tn T T tdtntx T btdtntx T adttx T a 22 nnn baA 2/ 00 aA )/( nnn abarctg 為基頻 為直流分量 T/2 0 a 傅氏級 數系數 傅立葉級數系數的圖示 調整t軸位置，使 為零，則系數可圖示如下 第n階系數橫坐標位置為 0 a Tn n /2 舉例 將周期為T的矩形波展開為傅氏級數 2/0 2/, 0 02/ 1 0 1 )( Tt Tt tT tx 求解 滿足狄氏條件，注意x(t)是奇函數，有 傅氏級數系數 x(t)的傅氏展開 1 s

30、in)( n n tnbtx 為奇數時當 為偶數時當 n n 4 0 1) 1( 2 sin)( 2 2/ 2/ n n tdtntx T b n T T n 12 ) 12sin( 3 3sin 1 sin4 )( n tntt tx 結果圖示 傅氏級數逼近情況圖 系數示意圖 傅立葉級數的復數形式 利用歐拉公式表示 歐拉公式 展開式 表達式簡化 可以證明 簡化后表示為 )( 2 1 sin )( 2 1 cos tjntjntjntjn ee j tneetn )( 2 1 )( 2 )( 11 0 tjn n nn n tjn nn ejbaejba a tx 1111 nn tjn n

31、tjn n nn tjn n tjn n ejbejbeaea )( 2 1 2 )( 0 0 n n tjn nn ejba a tx 2/ )( 2/ )( nnn nnn jbac jbac 傅氏級數的復數形式 兩種形式之間的關系 n階諧波在實數和復數形式中的表達 n階諧波的振幅關系 相位角之間關系 )( n tjn ne ctx 2 0 0 a c 2/ 2/ )( T 1 T T tjn n dtetxc , 2, 1, 0 /2 nT式中 與 是共軛 復數 n c n c tjn n tjn nnn ecectnbtna sincos nnnn Abac 2 1 2 1 22 nn

32、 j nn j nn eccecc 實質上一樣，但工程上 復數形式較為方便 汽車振動學就是把汽車作為研究對象，其本身就是一個具有質量、彈簧和阻尼汽車振動學就是把汽車作為研究對象，其本身就是一個具有質量、彈簧和阻尼 的振動系統。由于汽車內各部分固有頻率不同，常因以下一些原因發(fā)生整車或的振動系統。由于汽車內各部分固有頻率不同，常因以下一些原因發(fā)生整車或 局部強烈振動：局部強烈振動： 汽車上的主要振動問題：汽車上的主要振動問題： 發(fā)動機和傳動系統、懸架系統、制動系統、轉向系統、車身和車架發(fā)動機和傳動系統、懸架系統、制動系統、轉向系統、車身和車架 路面不平路面不平 車速和運動方向的變化車速和運動方向的

33、變化 車輪、發(fā)動機和傳動系統的不平衡車輪、發(fā)動機和傳動系統的不平衡 齒輪的沖擊齒輪的沖擊 動力性發(fā)揮不充分動力性發(fā)揮不充分 經濟性變壞經濟性變壞 通過性、操縱穩(wěn)定性和平順性不好通過性、操縱穩(wěn)定性和平順性不好 損壞零部件和貨物損壞零部件和貨物 縮短使用壽命縮短使用壽命 汽車振動的問題 發(fā)動機和傳動系統 發(fā)動機懸置隔振 傳動系扭振 制動系統 振動問題、噪聲問題 轉向系統 前輪擺振，導致蛇行、或車橋車架強烈振動 懸架系統 平順性、舒適性問題 車身和車架 平順性、可靠性和部件的工作性能 四沖程內燃機的示功圖 導致曲軸干擾力的最主要原因是：導致曲軸干擾力的最主要原因是： 氣缸內周期變化的氣體壓力和活塞連

34、桿氣缸內周期變化的氣體壓力和活塞連桿 曲柄機構運動時產生的慣性力。曲柄機構運動時產生的慣性力。 （1）發(fā)動機和傳動系統 主要有： 曲軸受周期干擾力作用而產生的扭振 發(fā)動機在車架上的整機振動 氣門機構的振動 （2）懸架系統 平順性就是保持汽車在行駛過程中平順性就是保持汽車在行駛過程中 乘員所處的振動環(huán)境具有一定的舒乘員所處的振動環(huán)境具有一定的舒 適度的性能，對于載貨汽車還應包適度的性能，對于載貨汽車還應包 括保持貨物完好的性能。括保持貨物完好的性能。 懸架系統振動主要研究汽車平順性懸架系統振動主要研究汽車平順性 由彈簧和減震器組成的懸架系統功能是：由彈簧和減震器組成的懸架系統功能是： 緩和由不平

35、路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷，緩和由不平路面?zhèn)鹘o車身的沖擊載荷， 衰減由沖擊載荷引起的承載系統的振動。衰減由沖擊載荷引起的承載系統的振動。 （3 3）制動系統）制動系統 汽車制動時，行駛方向的慣性力和作用在輪胎上的地面制動力所形成的力矩 會使前軸負荷增大，后軸負荷減小，從而加強了制動時整車的振動。 制動性是指汽車制動性是指汽車 行駛時能在短距行駛時能在短距 離內停車且維持離內停車且維持 行駛方向穩(wěn)定性行駛方向穩(wěn)定性 和在下長坡時能和在下長坡時能 維持一定車速的維持一定車速的 能力。能力。 汽車防抱死制動系統汽車防抱死制動系統ABSABS（Anti-lock Anti-lock Braking Sys

36、temBraking System）的原理：車輪轉速傳）的原理：車輪轉速傳 感器將車輪轉速信號傳送到控制元件，感器將車輪轉速信號傳送到控制元件， 假如車輪被抱死，輪胎與地面發(fā)生滑行假如車輪被抱死，輪胎與地面發(fā)生滑行 ( (偏滑偏滑) )，信號會改變。使控制元件電路，信號會改變。使控制元件電路 操作，產生信號到液壓調整器，打開剎操作，產生信號到液壓調整器，打開剎 車閥門。減低作用于分泵上的壓力，剎車閥門。減低作用于分泵上的壓力，剎 車力降低車力降低-車輪就可避免被抱死。剎車車輪就可避免被抱死。剎車 時，進油閥開，回油閥關，剎車油從總時，進油閥開，回油閥關，剎車油從總 泵流到分泵，產生剎車制動。車

37、輪被抱泵流到分泵，產生剎車制動。車輪被抱 死時，傳感器傳送信號給控制元件，使死時，傳感器傳送信號給控制元件，使 進油閥關，回油閥開，部分剎車油流回進油閥關，回油閥開，部分剎車油流回 儲油室，降低剎車分泵的液壓，避免車儲油室，降低剎車分泵的液壓，避免車 輪被抱死。輪被抱死。 防抱死制動系統主要目的是當車輛剎車時，防止車輪被抱死，造成輪胎與路面形成點接防抱死制動系統主要目的是當車輛剎車時，防止車輪被抱死，造成輪胎與路面形成點接 觸的動摩擦，摩擦力小，剎車效果最差，車輛滑行距離長，且易造成車輛轉向困難等。觸的動摩擦，摩擦力小，剎車效果最差，車輛滑行距離長，且易造成車輛轉向困難等。ABSABS 系統有

38、如下優(yōu)點：縮短剎車距離；剎車時不影響轉向性能；避免駕駛員緊急剎車時的恐慌；系統有如下優(yōu)點：縮短剎車距離；剎車時不影響轉向性能；避免駕駛員緊急剎車時的恐慌； 增進駕駛員剎車操作的穩(wěn)定性；避免輪胎在剎車時的偏磨耗。增進駕駛員剎車操作的穩(wěn)定性；避免輪胎在剎車時的偏磨耗。 EBSEBS系統主要由氣壓制動系統和電子控制系統組成。氣壓制動系統包括制動踏板、儲氣系統主要由氣壓制動系統和電子控制系統組成。氣壓制動系統包括制動踏板、儲氣 筒、氣壓控制閥、氣壓制動管路和制動氣室等。電子控制系統主要包括筒、氣壓控制閥、氣壓制動管路和制動氣室等。電子控制系統主要包括ECUECU控制器、各種傳控制器、各種傳 感器感器(

39、 (如如3D3D力傳感器、制動器摩擦片磨損傳感器、隅合力傳感器等力傳感器、制動器摩擦片磨損傳感器、隅合力傳感器等) )及電子控制線路等。及電子控制線路等。 EBS(E1ectric Braking EBS(E1ectric Braking System) System) 電子制動系統的特點：電子制動系統的特點： 由于使用了電子系統，減少了由于使用了電子系統，減少了 制動系統機械傳動的滯后時間，制動系統機械傳動的滯后時間， 縮短了制動距離，從而增加了縮短了制動距離，從而增加了 交通安全性。它在低制動強度交通安全性。它在低制動強度 時，使制動摩擦片磨損最小；時，使制動摩擦片磨損最小； 在中等制動強

40、度時，利用在中等制動強度時，利用ABSABS 功能達到最佳的道路附著系數功能達到最佳的道路附著系數 利用率；而在高制動強度時，利用率；而在高制動強度時， 則可以施加最大的制動壓力，則可以施加最大的制動壓力， 從而獲得最佳的控制制動力。從而獲得最佳的控制制動力。 （4）轉向系統 轉向輪會繞主銷的振動成為擺振，轉向輪會繞主銷的振動成為擺振， 擺振將導致汽車出現蛇行現象。擺振將導致汽車出現蛇行現象。 蛇行現象增加了輪胎的滾動阻力，蛇行現象增加了輪胎的滾動阻力， 加劇了輪胎的磨損，增大了轉向阻力，加劇了輪胎的磨損，增大了轉向阻力， 降低了零件壽命，使平順性和操穩(wěn)性變降低了零件壽命，使平順性和操穩(wěn)性變

41、壞，影響汽車使用性能。壞，影響汽車使用性能。 操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲 勞的情況下，汽車能遵循駕駛者通過轉向系及轉向勞的情況下，汽車能遵循駕駛者通過轉向系及轉向 車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車 能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。 （5 5）車身和車架）車身和車架 車身及車架系統一車身及車架系統一 般是連續(xù)體，具有無限般是連續(xù)體，具有無限 多個自由度，常采用有多個自由度，常采用有 限元分析法。限元分析法。 有限元法是把連續(xù)體有限元法是把連續(xù)體 視為由若干個在節(jié)點處彼視為由若干個在節(jié)點處彼 此相連接的基本單元組合，此相連接的基本單元組合， 把無限多個自由度的連續(xù)把無限多個自由度的連續(xù) 結構振