6.3-6悬架系统固有频率与阻尼比的选择武汉理工大学,汽车理论A
武汉理工大学汽车理论试验题目及答案
1．请说明用试验方法测定某汽车加速能力的方法？（应说明测试的条件、测试的仪器、实验方法步骤、测试结果的处理）。
答：测试的条件：路上试验应在混凝土或沥青路面的直线路段上进行。
路面要求平整、干燥、清洁，纵向坡度在0.1%之内。
大气温度应在0—40℃之间，风速不大于3m/s。
汽车满载。
测试的仪器：五轮仪或非接触式汽车速度计，秒表。
实验方法步骤：汽车加速性能试验包括最高档和次高档加速度性能试验以及起步连续换挡加速性能试验两项。
（1）在进行最高档和次高档加速性能试验时，首先选取合适长度的加速性能试验路段，在两端各放标杆作为记号。
汽车在变速器预订的档位，以预订的车速等速行驶，监控初速度，当车速稳定后，驶入试验路段，迅速将加速踏板踩到底，使汽车加速行驶至该档最大车速的80%以上，对于轿车应达到100km/L以上。
记录汽车的初速度和加速行驶的全过程，试验往返各进行一次，往返加速试验的路段应重合。
（2）起步连续加速换挡加速性能试验在同前一样的试验路段进行，汽车停于试验路段一端，变速器置入该车的起步档位，迅速起步，加速行驶至至该档最大车速的80%以上，对于轿车应达到100km/L以上。
记录汽车加速行驶的全过程，试验往返各进行一次，往返加速试验的路段应重合。
测试结果的处理：根据记录数据，分别绘制试验车往返两次的加速性能曲线（v-t和v-S）。
取两次曲线的平均值绘制汽车的加速性能曲线。
2.请说明用道路试验测定某汽车以直接档稳定行驶时的燃油经济性曲线的方法（应说明测试条件、测试仪器、试验方法步骤、测试结果的处理）？答：测试条件：路上试验应在混凝土或沥青路面的直线路段上进行。
路面要求平整、干燥、清洁，纵向坡度在0.1%之内。
大气温度应在0—40℃之间，风速不大于3m/s。
长度为500m （或1000m）。
测试仪器：燃油流量计、秒表。
试验方法步骤：汽车挂常用档（一般为最高档）以20km/h、30km/h……等10km/h的整倍数等速驶过测量路段，利用燃油流量计与秒表测出通过该路段的油耗与时间，计算出相应的百公里油耗与实际平均车速，即得到百公里油耗与车速的关系曲线。
武汉理工大学 车辆工程汽车理论讲稿(第5章)
第3节 线性二自由度汽车模型对前轮角输 入的响应
表征稳态响应的参数
1、前后侧偏角绝对值之差
如果不知道轮胎侧偏刚度和汽车其他参数，只能通过实验 判断汽车稳态特性。测出前后侧偏角绝对值之差，即可求 出稳定性因数K来。并注意到
ma yb Fy1L, ma ya Fy2 L
K
m L2
(a k2
b) k1
汽车过多转向
K<0称为过多转向。过多转向汽车加速时，和中性转向
相比，稳态横摆角速度增益较大，但R= u / ，故转向
半径随车速增大而减小。显然，当 u 1/ K 时，
/ = 。这时较小的前轮转角都会导致激转而翻车。
为了保持良好的操纵稳定性，汽车都应当具有适度 的不足转向。
三种稳态响应
汽车稳态横摆角速度增益曲线
1、波动的固有频率0
小轿车的固有频率f0(=0/2)在0.8-1.2Hz之间。固有频率高些较好。
r 20r 02r B1 B0
式中0、、B1、 B0是与车速u和汽车参数有关的常数，详 见p124。为输入（前轮转角），设其为阶跃函数：
0
0
0
t0 t0
t0
只考虑t>0的情况，上式变为：
r 20r 02r B0
其解为：
式中
r u / L 1 Ku2
0 1 2
表征瞬态响应的几个参数
轮胎的侧偏现象
轮胎的侧偏特性
在侧偏角<5时，侧偏力和侧偏角成线性关系。这时，
Fy k
式中，k称为侧偏刚度（N/rad）。为曲线在=0处的斜率。 按轮胎坐标系，侧偏力和侧偏角总是反号，故侧偏刚度总 是负值。
侧偏力与侧偏角的关系
轮胎结构与侧偏特性的关系
汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测定方法
泊星石
附 录 Ａ
报告格 式示例
（ 充件 ） 补
悬挂系统的 固有频率与阻 尼比测定试验报告 ａ 试 验车辆 ） 汽车型号 ， 厂， 制造 编号
汽车 最大总质量 相应轴载质量 前轴
空车质量 ｋ， ｇ
ｋ。 ｇ ｋ； ｇ后轴 ｋ。 ｇ后轴
后端
ｋ， ｇ ｋ， ｇ
相应轴载 质量 前轴
４ 数据处理
４１ 时间历程法 ：由记 录得 到的车身及车轴上 自由衰减振 动曲线 （ ． 见图 ２ ， 时标 比较或在信号处理 机 ）与 上读 出时 间间隔的值都 可以得到车身部分振动周期 Ｔ和车轮部分振动周期 Ｔ 。 ＇然后 按下式算 出各部分的 固有频率 。
ｆａ １Ｔ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ … … （ ） ＝ ／ ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・ ・ ・・・ ・・・・・・・・・ ・・ １
测 定 方 法
Ｍｅ ｄ ａｕｅ ｅｔ ｎ ｕａ ｆ ｕｎｙ ｏ ｏ ｍｅｓｒｍ ｎ ｆｒ ｔｒｌ ｑ ｅｃ ｔ ｈ ｆ ｏ ａ ｒ ｅ
ａ ｄ ｍｐｎ ｒ ｔ － Ａｕｏ ｔｖ ｓｓ ｅ ｓｏ ｓ ｓｅ ｎ ｄ ａ ｉｇ ｉ ａｏ ｔｍｏｉｅ ｐ ｎ ｉｎ ｔｍ ｕ ｙ
３２ 用记录仪记 录车身和 车轴上 自由衰减振 动的时间历程 ， ． 每次记录时 间不少 于 ３ 钟 ， ｓ 保证衰 减振 动
曲线完整， 共记录 ３ 次。 －５
３３ 试 验时 ， ． 非测试端悬 架一般不用卡死以限制其 振动。在汽 车前 、 后端振动相互联系较强时 ， 非测试 端 悬架要卡死 ， 并在报告 中注明 。
４ ８８
ｆ， １ Ｔ＇ 二 １ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ … … （ ） ・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・・・ ・・・・・・・・・・ ２
6.3-2单质量系统的自由振动武汉理工大学,汽车理论A
主讲：余晨光
武汉理工大学汽车工程学院
1
系Байду номын сангаас运动微分方程
m2 z C ( z q) K ( z q) 0
C 令： 2n m2
则齐次方程为：
2 0
K m2
2 0
z 2nz z 0
n C 0 2 m2 K
ω0—振动系统固有圆频率； ζ—阻尼比。
A1 Ae 1 d n (t1 T1 ) enT1 e A2 Ae
1 2
即：ln d
因此ζ↑，减幅系数d↑，振动衰减较快。 可由实测的衰减振动曲线得到减幅系数d，并 求出阻尼比ζ。 试验方法测阻尼比ζ
武汉理工大学汽车工程学院
5
思考题
• 请写出单质量系统的固有频率和阻尼比。 • 单质量系统中，阻尼比对衰减振动有何影
响？
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6
本知识点内容结束
下一知识点：单质量系统的幅频特性分析
武汉理工大学汽车工程学院
7
武汉理工大学汽车工程学院
2
齐次微分方程的解
2 z Ae nt sin( 0 n2 t )
有阻尼自由振动 时，质量m2以有阻 尼固有频率
r 02 n2
振动，振幅按 nt 衰减。
e
武汉理工大学汽车工程学院
3
阻尼比ζ对衰减振动的影响
（1）影响有阻尼固有频率ωr
r n 0 1
2 0 2
2
汽车悬架系统阻尼比ζ的数值通常在0.25左右，
属于小阻尼， ωr比ω0只下降了3%左右，在 工程上可以近似认为ωr≈ω0 。
汽车悬挂系统固有频率和阻尼比测试实验台设计
参 数 是分 析 悬挂 系 统振 动特 性 和对 汽 车平 顺性 进 行 研 究 和评 价 的基 本数 据 ； ］ 如何 实 现考 查 各 而
参 数对 汽 车 悬挂 系 统 的影 响 ，且各 参 数又 能操 作 简便 地进 行 更改 ，是研 究的方 向和 目的 ；本 文综
（） １
（） ２
，
１ 实验 台设计原理及方法
实 验 台设 计 的 原理及 操 作方 法 主要 依 据 国标
ｔ — 车轮 部 分 固有 频 率 ，Ｈｚ — ；
’
— —
车 身部 分振 动周 期 ，ｓ 。
Ｇ ７ ３ ４汽 车悬 挂 系统 的 固有频 率和 阻尼 比 Ｂ ４ ８ —８
＝
由 车 身 部 分 振 动 的 半 周 期 衰 减 率
Ｖ
ｓ
率 和 阻尼 比的需要 ，为研 究和 评价 悬挂 系 统振 动
特 性和 汽车 平顺 性提 供 了一种 途径 。
图 ３ 车轮振动时 间历程 曲线
参 考文献： 【］ Ｂ ４ ８ —１８ ，汽车悬挂 系统的固有 频率和阻尼 比测定方法［］ １ Ｇ ７ ３ ９４ Ｓ
为避免所选购产品不能满足实验要求，采用
了 ＭＡ Ｌ ／ｉ ｌ ｋ虚拟仿 真 技术 ， 实验 台参 Ｔ ＡＢＳｍｕｉ ｎ 对 数设 计进 行 虚拟 仿 真 ，悬 挂系 统 仿真 模 型 ，如 图
１ 所示 。
福 建 省科 技厅 重 大专 项专 题项 目（００ Ｚ ０３；福 建 省科 技厅 平 台建设 项 目（０ ８１０） ２ １Ｈ ０ ０） ２ ０Ｊ０ ２；福 建 省 教育厅 项 目（ ８６ ） Ｊ １６。 Ａ０
ｐｏ（ ｕ，ｏ ｔ： ） ｌｔ ｏ ｔ ｕ（ １ ｔ ｙ ，）
武汉理工大学《汽车理论》笔试试题参考答案
一、填空题(本题10分，每小题2分)1、驱动力、最低附着系数2、最大爬坡度、汽车最低稳定车速3、无穷大、越小4、路面功率谱密度、统计特性5、0.063m 、0.4m1、附着率是指汽车直线行驶状况下，充分发挥 作用时要求的 。
2、选择汽车传动系统最大传动比时应考虑 、附着率、及 。
3、当汽车车速为临界车速时，汽车的稳态横摆角速度增益趋于 ；过多转向量越大，临界车速 。
4、作为车辆振动输入的路面不平度，由于路面不平度函数是随机的，主要采用描述其 。
5、某4×2R 汽车的驱动轮直径为0.7m ，在附着系数为0.7的路面上能越过的最大台阶高度为 ，能越过的壕沟宽度为 。
二、名词解释题(本题15分，每小题3分)——用自己的语言作答，内容正确可得分。
6、道路阻力系数：道路滚动阻力系数f 与道路坡度i 的和（或ψ=f+i ）。
7、MPG ：mile/USgal ，即每加仑行驶的英里数；MPG 是美国燃油经济性指标。
8、汽车比功率：单位汽车总质量具有的发动机功率。
9、滑动率：滑动率0100%w r w w u r s u ω-=⨯，式中u w 为车轮中心速度，r r0为没有地面制动力时的车轮滚动半径，ωW 为车轮的角速度。
滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。
10、悬架侧倾角刚度：悬架的侧倾角刚度是指侧倾时，单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力矩。
三、判断题(本题10分，每小题1分)11、× 12、× 13、√ 14、× 15、×16、× 17、√ 18、√ 19、√ 20、×11、（ ）滚动阻力就是汽车行驶时的车轮滚动摩擦力。
12、（ ）现代轿车的传动系统通常采用前置前驱布置型式，主要是为了提高汽车的动力性。
13、（ ）拖带挂车后，虽然汽车总的燃油消耗量增加了，但单位运输工作量的油耗却下降了。
14、（ ）汽车主传动比i 0大，后备功率大，汽车的最高车速高，动力性较好；但发动机负荷率低，燃油经济性较差。
汽车理论A》教案(章节备课-武汉理工大学
《汽车理论 A》教案（章节备课）
章节 教学目的 和要求 第五章 汽车的操纵稳定性 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 了解汽车操纵稳定性的评价体系 掌握车辆坐标系和轮胎坐标系的有关术语 掌握轮胎侧偏现象产生的原因和影响侧偏特性的因素 熟练掌握汽车的稳态转向特性及其影响因素 了解汽车操纵稳定性与悬架的关系 掌握汽车行驶的纵向和横向稳定性条件 了解提高操纵稳定性的电子控制系统 理论授课时间 14 学时
教学重点
1. 车辆坐标系 2. 轮胎坐标系 3. 轮胎侧偏现象 4. 影响侧偏特性的因素 5. 制动跑偏，制动时后轴侧滑 6. 线性二自由度汽车模型的运动微分方程 7. 汽车的稳态响应 8. 悬架的侧倾特性 9. 侧倾时左右车轮垂直载荷变化对汽车转向性能的影响 10. 侧倾时车轮外倾角的变化对汽车转向性能的影响 11. 汽车横向稳定性条件 12. 提高操纵稳定性的电子控制系统 1. 2. 3. 4. 轮胎侧偏现象 线性二自由度汽车模型的运动微分方程 汽车的稳态响应 悬架的侧倾特性 （1） 14 学时 （630’） 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 14 学时 （630’） 。 2） 采用多媒 体 课 件 教 学，在多媒 体 教 室 讲 授。 3）插播《汽
《汽车理论 A》教案
1）人-汽车闭环系统的概念 2）汽车试验的两种评价方法 强调主观评价法始终是操纵稳定性的最终评价方法
2. 轮胎的侧偏特性（90’ ）
（1）轮胎的坐标系与术语（15’ ） 1）轮胎坐标系的建立 2）轮胎坐标系中力、力矩、外倾角、侧偏角的正负定义 3）侧偏角的概念 侧偏角的概念十分关键，强调学生理解和掌握 （2）轮胎的侧偏现象（25’ ） 1）刚性车轮受侧向力时的运动学分析 2）谭性车轮受侧向力时的运动学分析 3）侧偏现象的定义 4）侧偏现象的表达式
6.3-5悬架弹簧动挠度和车轮与路面间相对动载的分析武汉理工大学,汽车理论A
• 车轮与路面间相对动载与车身加速度的关
系如何？
武汉理工大学汽车工程学院点：悬架系统固有频率与阻尼比的选择
武汉理工大学汽车工程学院
8
悬架弹簧动挠度和车轮与路面 间相对动载对q 幅频特性的分析
主讲：余晨光
武汉理工大学汽车工程学院
1
悬架动挠度功率谱
（ 1） fd z q
（2）频响函数： fd z q z 1 q q q 1 2 j 2 1 2 (1 2 j ) (1 ) 2 j 2
2 2
（6）共振处的均方根值谱: fd G fd ( f ) ∝ =1 q 1 1 2 2 2 (1 ) (2 ) 0 2 1
3
1
2
武汉理工大学汽车工程学院
分析
0:1 2:1
1:1 -1:1
fd G fd ( f ) ∝ =1 q
武汉理工大学汽车工程学院
1 1 = 0 2 1
4
分析
0 , f d fd , f d
动挠度f d 静挠度f s
0 , z z , z
m2 g fs = K
fs ↑ 0 ↓ f d↑
如果f d = f d 铁碰铁 需要: f d < f d
武汉理工大学汽车工程学院
5
相对动载功率谱
车轮与路面间的动载Fd： Fd m2 z
相对动载： Fd m2 z z G m2 g g
相对动载功率谱与z相似, 振动系统参数0、 对其影响与对z的影响一致。 相对动载过大主要影响行驶安全性。
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6
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主讲：余晨光
武汉理工大学汽车工程学院
1
振动系统参数对车身振动加速度及悬架动挠度的影响
思考：悬架系统固有频率f0和阻尼比ζ 对车身振动加速度及 悬架动挠度的影响有何不同？
0 , f d fd , f d
考虑，固有频率f0应取大值。
0 , z z , z
从车身加速度考虑，固有频率f0应取小值；从悬架动挠度
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2
悬架系统f0、fs、[fd]、ζ值的实用范围
车 轿车 货车 大客车 型 f0/Hz 1.2~1.1 2~1.5 1.8~1.2 fs /cm 15~30 6~11 7~15 [fd]/cm 7~9 6~9 5~8 02.~0.4
ζ
越野汽车
2~1.3
6~13
7~13
轿车舒适性要求高，而行驶的路面较好，fd引起的撞击限位 概率很小，故f0选低值（1～1.5Hz），以减小车身加速度。 货车和越野车行驶的路面较差，为减少撞击限位的概率，f0 较高（1.5～2Hz）。 某些越野车在f0较低，行驶路面又比较差的情况下， fd会相 当大。为减少撞击限位的概率，此时ζ应取得偏大些。
武汉理工大学汽车工程学院
3
思考题
• 悬架系统固有频率f0与阻尼比ζ 的选择原则
是什么？
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4
本知识点内容结束
下一知识点：双质量振动系统的偏频和振型分析
武汉理工大学汽车