《汽车理论》课程授课教案（讲义）第6章 汽车平顺性

《汽车理论A》教案《汽车理论A》教案（章节备课）章节第六章汽车的行驶平顺性理论授课时间8学时教学目的1.掌握人体对振动反应的感觉界限和汽车平顺性的评价和要求2.掌握路面不平度的统计特性3.汽车振动系统的简化方法4.正确分析车身振动的单质量系统模型5.了解车身与车轮双质量系统的振动教学重点1.人体对振动的反应2.路面不平度的功率谱密度3.空间频率功率谱密度化为时间频率功率谱密度4.汽车振动系统的简化5.单质量系统的自由振动6.单质量系统的频率响应特性7.单质量系统振动响应均方根值谱的计算与分析教学难点1.路面不平度的功率谱密度2.单质量系统的频率响应特性3.振动响应均方根值谱的计算与分析教学进程（1）8学时1.人体对振动的反应和平顺性的评价（60'）（含教学（360'）为（1）人体对振动的反应（40）内容、时间理论授课。1）汽车平顺性的定义（2）各部分分配、教学2）机械振动对人体影响因素方法、辅助时间分配可>频率手段）根据实际授强度>课情况调作用方向>整，总计时持续时间间不超过83）IS02631简介学时4）人体对振动反应的三个不同的感觉界限(360)。暴露极限I2）采用多媒I疲劳-工效降低界限体课件教A舒适降低界限学，在多媒5）人体坐姿受振模型体教室讲6）各个方向人最敏感的频率范围授。对于垂直振动是4~12.5Hz4）板书设对于水平振动是0.5～2Hz。计：左侧一本章的重点内容，强调板书内容是要记忆并理解的部分。栏中阴影部【（2）平顺性的评价方法（20）分为板书基1）计算各轴向加权加速度均方根值本内容》滤波网络法》频谱分析法2）计算三个方向总加权加速度均方根值1

《汽车理论 A》教案 1 《汽车理论 A》教案（章节备课） 章节 第六章 汽车的行驶平顺性 理论授课时间 8 学时 教 学 目 的 和要求 1. 掌握人体对振动反应的感觉界限和汽车平顺性的评价 2. 掌握路面不平度的统计特性 3. 汽车振动系统的简化方法 4. 正确分析车身振动的单质量系统模型 5. 了解车身与车轮双质量系统的振动 教学重点 1. 人体对振动的反应 2. 路面不平度的功率谱密度 3. 空间频率功率谱密度化为时间频率功率谱密度 4. 汽车振动系统的简化 5. 单质量系统的自由振动 6. 单质量系统的频率响应特性 7. 单质量系统振动响应均方根值谱的计算与分析 教学难点 1. 路面不平度的功率谱密度 2. 单质量系统的频率响应特性 3. 振动响应均方根值谱的计算与分析 教 学 进 程 （ 含 教 学 内容、时间 分配、教学 方法、辅助 手段） 1. 人体对振动的反应和平顺性的评价（60’） （1）人体对振动的反应（40’） 1）汽车平顺性的定义 2）机械振动对人体影响因素  频率  强度  作用方向  持续时间 3）ISO2631 简介 4）人体对振动反应的三个不同的感觉界限  暴露极限  疲劳-工效降低界限  舒适降低界限 5）人体坐姿受振模型 6）各个方向人最敏感的频率范围  对于垂直振动是 4～12.5Hz  对于水平振动是 0.5～2Hz。 本章的重点内容，强调板书内容是要记忆并理解的部分。 （2）平顺性的评价方法（20’） 1）计算各轴向加权加速度均方根值  滤波网络法  频谱分析法 2）计算三个方向总加权加速度均方根值 （1）8 学时 （360’）为 理论授课。 （2）各部分 时间分配可 根据实际授 课 情 况 调 整，总计时 间不超过 8 学时 （360’）。 2）采用多媒 体 课 件 教 学，在多媒 体 教 室 讲 授。 4 ） 板 书 设 计：左侧一 栏中阴影部 分为板书基 本内容

《汽车理论A》教案3）总加权振级L与加权加速度均方根值a,的换算2.路面不平度的统计特性（60”）（1）路面不平度的功率谱密度（30）1）采用路面功率谱密度描述其路面不平度的统计特性2）路面不平度的功率谱密度的拟合公式nG,(n)=G,(oy3）路面不平度的等级划分共分8级，高等级公路通常是A、B、C级4）路面位移功率谱、路面速度功率谱和路面加速度功率谱的关系5）路面速度功率谱的特点强调路面速度功率谱的特点一一白噪声，将会对后面的计算分析带来方便（2）空间频率功率谱密度化为时间频率功率谱密度（30）1）空间频率和时间频率的关系=2m2）功率谱密度的概念3）空间频率功率谱密度化为时间频率功率谱密度1G()=-G,(n)4）一些常用的功率谱之间的换算3.汽车振动系统的简化（30’）（1）简化原则（5）【（2）简化步骤（20'）1）简化为将汽车车身质量看作为刚体的7自由度立体模型2）简化为汽车车身只有垂直振动和俯仰振动的4自由度平面模型3）简化为前后车身质量互不影响的2自由度模型4）简化为仅车身质量的单自由度模型（3）悬挂质量换算系数的概念、意义和表达式（5'）62ab4.单质量系统的振动（120）（1）单质量系统的自由振动（30）1）单质量系统微分方程的建立2）一些重要参数的定义2nC,-K5--02nmm502mK3）微分方程齐次方程的求解2

《汽车理论 A》教案 2 3）总加权振级 Law 与加权加速度均方根值 w a 的换算 2. 路面不平度的统计特性（60’） （1）路面不平度的功率谱密度（30’） 1）采用路面功率谱密度描述其路面不平度的统计特性 2）路面不平度的功率谱密度的拟合公式    0  0 W q q n G n G n n         3）路面不平度的等级划分 共分 8 级，高等级公路通常是 A、B、C 级 4）路面位移功率谱、路面速度功率谱和路面加速度功率谱的关 系 5）路面速度功率谱的特点 强调路面速度功率谱的特点——白噪声，将会对后面的计算分 析带来方便 （2）空间频率功率谱密度化为时间频率功率谱密度（30’） 1）空间频率和时间频率的关系 f un  2）功率谱密度的概念 3）空间频率功率谱密度化为时间频率功率谱密度     1 G f G n q q u  4）一些常用的功率谱之间的换算 3. 汽车振动系统的简化（30’） （1）简化原则（5’） （2）简化步骤（20’） 1）简化为将汽车车身质量看作为刚体的 7 自由度立体模型 2）简化为汽车车身只有垂直振动和俯仰振动的 4 自由度平面模 型 3）简化为前后车身质量互不影响的 2 自由度模型 4）简化为仅车身质量的单自由度模型 （3）悬挂质量换算系数的概念、意义和表达式（5’） ab y 2    4. 单质量系统的振动（120’） （1）单质量系统的自由振动（30’） 1）单质量系统微分方程的建立 2）一些重要参数的定义 2 2 m C n  ， 2 2 0 m K   ， m K n C 0 2 2     3）微分方程齐次方程的求解

《汽车理论A》教案4）阻尼比对衰减振动的影响影响有阻尼固有频率0,=0V1-52》影响振幅的衰减程度lnd=2元V1-5）实验求阻尼比的方法单质量系统的自由振动是本章的重点内容，强调理解基础上的板书公式的记忆（2）单质量系统的频率响应特性（30'）1）频率响应特性的概念2）频率响应特性的求解方法3）单质量系统频率响应特性的表达式1+2j2H(j0)-+21c4）幅频特性的概念和表达式--[+(2]HGOa/[(1-) +(2)]5）幅频特性曲线分析低频段：动态特性不明显，阻尼比对这一频段的影响不大>共振段：将输入位移放大，加大阻尼比可使共振峰值明显下降》高频段：悬架对输入位移起衰减作用，阻尼比减小对减振有利本章的重点，强调理解基础上的板书公式的记忆（3）单质量系统对路面随机输入的响应（60）1）基本方法：输出谱=幅频特性2×输入谱2）车身加速度的功率谱密度的计算分析》三种输入谱得到同样地输出谱》共振区分析[2 000+4℃qLm3）车轮与路面间的相对动载对路面速度谱的幅频特性的分析4）悬架弹簧的动挠度对路面速度谱的幅频特性的分析》共振区分析一e/al205）悬架系统固有频率f。与阻尼比的选择原则强调应考虑不同类型车辆对平顺性的要求不同5.车身与车轮双质量系统的振动（45'）（1）运动方程与振型分析（15）1）主振型图形分析3

《汽车理论 A》教案 3 4）阻尼比对衰减振动的影响  影响有阻尼固有频率 2 0 1    r    影响振幅的衰减程度 2 1 2 ln    d  5）实验求阻尼比的方法 单质量系统的自由振动是本章的重点内容，强调理解基础上的 板书公式的记忆 （2）单质量系统的频率响应特性（30’） 1）频率响应特性的概念 2）频率响应特性的求解方法 3）单质量系统频率响应特性的表达式   ~ 2 1 2j j 1 2j z q H         4）幅频特性的概念和表达式         1 2 2 ~ 2 2 2 z 1 2 j q 1 2 z q H                  5）幅频特性曲线分析  低频段：动态特性不明显，阻尼比对这一频段的影响不大  共振段：将输入位移放大，加大阻尼比可使共振峰值明显 下降  高频段：悬架对输入位移起衰减作用，阻尼比减小对减振 有利 本章的重点，强调理解基础上的板书公式的记忆 （3）单质量系统对路面随机输入的响应（60’） 1）基本方法：输出谱=幅频特性 2×输入谱 2）车身加速度的功率谱密度的计算分析  三种输入谱得到同样地输出谱  共振区分析 0 0 2 z 1 1 4 ω ω ω q ζ    3）车轮与路面间的相对动载对路面速度谱的幅频特性的分析 4）悬架弹簧的动挠度对路面速度谱的幅频特性的分析  共振区分析 0 d ω ω 0 1 f q 2 / ζω   5）悬架系统固有频率 f0与阻尼比 ζ 的选择原则 强调应考虑不同类型车辆对平顺性的要求不同 5. 车身与车轮双质量系统的振动（45’） （1）运动方程与振型分析（15’） 1）主振型图形分析

《汽车理论A》教案2）车身型振动分析I激振频率w接近W1时产生低频共振，按一阶主振型振动，车身质量m2的振幅比车轮质量m1的振幅大将近10倍3）车轮型振动分析》当激振频率W接近Wz时，产生高频共振，按二阶主振型振动，此时车轮质量m1的振幅比车身质量m2的振幅大将近100倍（2）系统参数对振动响应量的影响（15）1）车身固有频率2）车身部分阻尼比3）车身与车轮质量比4）悬架与轮胎刚度比（3）主动与半主动悬架（15）1）被动自适应悬架2）半主动悬架3）主动悬架》慢主动悬架》全主动悬架6.4-6章习题课（45”）》介绍第4-6章预习思考题、作业题、课外思考题中的难点和重点。预习本章共8学时，4次课，各次课的预习思考题：思考题第1次课预习思考题★机械振动对人体的影响，主要取决于哪些方面？?ISO2631给出了人体对振动反应的哪些感觉界限？人最敏感的频率范围是多少？路面功率谱密度的拟合表达式？??路面不平度有几种等级？高等级公路通常是哪些等级？第2次课预习思考题A路面速度功率谱有何特点？?如何将空间频率功率谱化为时间频率功率谱？如何将汽车振动系统简化？★何为单质量系统阻尼比？它对衰减振动有何影响？第3次课预习思考题个什么是单质量系统的频率响应函数和幅频特性？它们的表达式？单质量系统的幅频特性分析。??单质量系统车身加速度的功率谱密度的表达式及分析。★单质量系统悬架弹簧动挠度的功率谱密度的表达式及分析。★悬架系统固有频率fO与阻尼比的选择原则。第4次课预习思考题★双质量系统主振型分析。★车轮部分单质量系统分析。?分析系统参数对振动响应均方根值的影响。4

《汽车理论 A》教案 4 2）车身型振动分析  激振频率 ω 接近 ω1时产生低频共振，按一阶主振型振动， 车身质量 m2的振幅比车轮质量 m1的振幅大将近 10 倍 3）车轮型振动分析  当激振频率 ω 接近 ω2时，产生高频共振，按二阶主振型振 动，此时车轮质量 m1 的振幅比车身质量 m2 的振幅大将近 100 倍 （2）系统参数对振动响应量的影响（15’） 1）车身固有频率 2）车身部分阻尼比 3）车身与车轮质量比 4）悬架与轮胎刚度比 （3）主动与半主动悬架（15’） 1）被动自适应悬架 2）半主动悬架 3）主动悬架  慢主动悬架  全主动悬架 6. 4-6 章习题课（45’）  介绍第 4-6 章预习思考题、作业题、课外思考题中的难点 和重点。 预习 思考题 本章共 8 学时，4 次课，各次课的预习思考题： 第 1 次课预习思考题  机械振动对人体的影响，主要取决于哪些方面？  ISO2631 给出了人体对振动反应的哪些感觉界限？人最敏感的频率范围是 多少？  路面功率谱密度的拟合表达式？  路面不平度有几种等级？高等级公路通常是哪些等级？ 第 2 次课预习思考题  路面速度功率谱有何特点？  如何将空间频率功率谱化为时间频率功率谱？  如何将汽车振动系统简化？  何为单质量系统阻尼比？它对衰减振动有何影响？ 第 3 次课预习思考题  什么是单质量系统的频率响应函数和幅频特性？它们的表达式？  单质量系统的幅频特性分析。  单质量系统车身加速度的功率谱密度的表达式及分析。  单质量系统悬架弹簧动挠度的功率谱密度的表达式及分析。  悬架系统固有频率 f0 与阻尼比ζ的选择原则。 第 4 次课预习思考题  双质量系统主振型分析。  车轮部分单质量系统分析。  分析系统参数对振动响应均方根值的影响

《汽车理论A》教案★4-6章习题课作业题1、《人体承受全身振动的评价指南》规定的人体对振动反应的三个感觉界限分别是哪些？各是何含义？2、人体对振动加速度反应主要取决于那几个因素？在不同方向人体对振动最敏感的频率范围分别是多少？3、说明用试验测定某汽车阻尼比的原理及方法？4、在分析车身振动时，如将车身简化为单质量系统模型，设车身质量为m2，弹簧刚度为k，减振器阻尼系数为C，车身的垂直位移为z，输入的路面不平度函数为q，1）请分析推导悬架动挠度幅频特性。2）请分析车身固有频率及阻尼比对悬架动挠度的影响。5、教材课后习题6.5（编程题）。主要参考1.《汽车理论》，主编：余志生，机械工业出版社，2009.3，第5版资料2.《汽车理论》，主编：杨万福，华南理工大学出版社，2010.8，第1版3.《车辆动力学基础》，著：ThomasD.Gillespie，清华大学出版社，2006.124.《汽车动力学》第4版，著：ManfredMitschke，清华大学出版社，2009.125.《汽车工程学I汽车纵向动力学（英文版）》，著：HenningWallentowitz，机械工业出版社，2009.8备注本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。撰写：余晨光5

《汽车理论 A》教案 5  4-6 章习题课 作业题 1、《人体承受全身振动的评价指南》规定的人体对振动反应的三个感觉界限分 别是哪些？各是何含义？ 2、人体对振动加速度反应主要取决于那几个因素？在不同方向人体对振动最 敏感的频率范围分别是多少？ 3、说明用试验测定某汽车阻尼比的原理及方法？ 4、在分析车身振动时，如将车身简化为单质量系统模型，设车身质量为 m2， 弹簧刚度为 k，减振器阻尼系数为 C ，车身的垂直位移为 z，输入的路面不平 度函数为 q， 1）请分析推导悬架动挠度幅频特性。 2）请分析车身固有频率及阻尼比对悬架动挠度的影响。 5、教材课后习题 6.5（编程题）。 主 要 参 考 资料 1. 《汽车理论》，主编：余志生，机械工业出版社，2009.3，第 5 版 2. 《汽车理论》，主编：杨万福，华南理工大学出版社，2010.8，第 1 版 3.《车辆动力学基础》，著：Thomas D. Gillespie，清华大学出版社，2006.12 4.《汽车动力学》第 4 版，著：Manfred Mitschke，清华大学出版社，2009.12 5.《汽车工程学Ⅰ汽车纵向动力学（英文版）》，著：Henning Wallentowitz，机 械工业出版社，2009.8 备注 本课程采用多媒体教学，应安排在多媒体教室上课。本课程的多媒体课件 含有较多图片和视频文件，数据较大；同时本课程可同步在课程网站和网络教 学平台上发布课件、视频、案例、预习思考题、课后作业等。因此，应在该教 室配备内存较大、运转速度较快并能上网的计算机或提供笔记本接口。 撰写：余晨光