汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测量
悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试
说明：在下面的数据处理中，如1A，11d T，1δ，1ξ，1n T，1nω：表示第一次实1验中第一、幅值、对应幅值时间、变化率、阻尼比、无阻尼固有频率。
第二次和和三次就是把对应的1改成2或3.由于在编缉公式时不注意２，３与平方，三次方会引起误会，请老师见谅！！Ap0308104 陈2006-7-1 实验题目：悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试一、实验要求以下：1. 用振动测试的方法，识别一阻尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数；2. 了解小阻尼结构的衰减自由振动形态；3. 选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，测出悬臂梁的一阶固有频率和阻尼根据测试曲线，读取数据，识别悬臂梁的一阶固有频率和阻尼系数。
二、实验内容识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数。
三、测试原理概述：1，瞬态信号可以用三种方式产生，有脉冲激振，阶跃激振，快速正弦扫描激振。
2，脉冲激励用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。
信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ，τ越小则频率范围越大。
3.幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。
频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。
通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，可以看到共振时的频率，也就可以得到悬臂梁的固有频率4、阻尼比的测定自由衰减法: 在结构被激起自由振动时，由于存在阻尼，其振幅呈指数衰减波形，可算出阻尼比。
一阶固有频率和阻尼比的理论计算如下：113344423.515(1)2=210;70;4;285;7800;,1212,, Ix= 11.43 cm Iy= 0.04 cm 0.004 2.810,,1x y y f kg E pa b mm h mm L mm mab a bI I I m m E L πρρ-----------⨯======⨯=⨯固x y ＝式惯性矩：把数据代入I 后求得载面积：S ＝bh=0.07m 把S 和I 及等数据代入（）式，求得本41.65()HZ 固理悬臂梁理论固有频率f ＝阻尼比计算如下：2221111220,2,........ln ,,22;n d n n nd n d n T ii i j ji i i i j i i i j i n d i jn d n d d d d x dx c kx dt dtc e A A A A A T A T T ξωξωωξωωωξωωηηδξωωωωωπδπξ++-++++++++=++===≈==⨯⨯⨯==≈2二阶系统的特征方程为S 微分方程：m 很少时，可以把。
悬臂梁固有频率的测量 - 更新
悬臂梁固有频率的测量实验用具：1、计算机2、LabVIEW 虚拟仪器平台3、USB 数据采集卡4、加速度传感器5、信号调理设备6、悬臂梁7、开关电源8、脉冲锤实验目的：1、掌握用瞬态激振方式，进行机械阻抗测试的仪器使用方法。
2、了解瞬态激振时的数据处理方法。
3、测出悬臂梁的固有频率和阻尼系数。
实验原理：悬臂梁是一个连续弹性体，具有无限多个自由度，即有无限多个固有频率和主振型。
在一般情况下，梁的振动是无限多个主振型的叠加。
如果给梁施加一个大小合适的激振力，其频率正好等于梁的某阶固有频率，就会产生共振，对应于这一阶固有频率的确定的振动形态叫做这一阶的主振型，这时其他各阶振型的影响可以忽略不计。
用共振法测定梁的固有频率和主振型时，只要连续调节激振力的频率，使梁出现某阶纯振型且振动幅值达到最大（产生共振），就可以认为这时的激振频率是悬臂梁的该阶固有频率。
实际上，人们关心的通常是最低的几阶固有频率和主振型，本实验采用共振法测定悬臂梁的一、二、三阶固有频率和振型。
由弹性振动理论，悬臂梁横向振动固有频率的理论解为：（Hz ）式中： 梁的长度L弹性常数E=2╳106 kg/cm 2。
材料重度0.0078kg/cm 3。
轴惯性矩4312cm hb I z =。
悬臂梁横向振动的各阶固有频率之比为1：6.25：17.5，横向振动的一、二、三阶振型如图所示。
ρA EJ L f 25.17==ρ=321::f f f（a ） （b ） （c ）图示为悬臂梁横向振动的一阶主振型（a ）、二阶主振型（b ）和三阶主振型（c ）由弹性体振动理论可知，对于悬臂梁，横向振动固有频率理论解为)3,2,1()(42⋯⋯==i lEI l l i i ρβω 各阶频率为 π=2ii f ω式l i β——频率方程＋1＝0的解，前三个根 （i ＝1，2，3）依次为1.875，4.694，7.855；E ——材料的弹性模量（Pa ）；I ——梁横截面对z 轴的惯性矩（m4）；——材料线密度（kg/m ），其中 ——材料密度（kg/m3）； A ——梁横截面面积（m2）；对矩形截面，弯曲惯性矩123hb I =式中 b ——梁横截面宽度（m ）；h ——梁横截面高度（m ）。
GB4783-84汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测定方法
中华人民共和国国家标准UDC 629.113.013汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比621.113.07测定方法GB 4783—84 Method of measurement for natural frequencyand damping ratio—Automotive suspension system本标准适用于各种类型双轴汽车悬挂系统固有频率和阻尼比测定。
测定参数包括车身部分（簧载质量）的固有频率和阻尼比以及车轮部分（非簧载质量）的固有频率。
这三个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。
1试验条件1．1试验在汽车满载时进行。
根据要可补充空载时的试验。
试验前称量汽车总质量及前、后轴的质量。
1．2悬架弹性元件、减振器和缓冲块应符合技术条件规定。
根据需要可补充拆下减振器和拆下缓冲块的试验。
1．3轮胎花纹完好，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。
2测量仪器的频响与测点2．1测量仪器的频率范围应能满足0.3～100Hz的要求。
2．2振动传感器装在前、后轴和其上方车身或车架相应的位置上。
3试验方法3．1试验时可用以下三种方法使汽车悬挂系统产生自由衰减振动。
3．1．1滚下法：将汽车测试端的车轮，沿斜坡驶上凸块（凸块断面如图1所示，其高度根据汽车类型与悬挂结构可选取60、90、120mm，横向宽度要保证车轮全部置于凸块上），在停车挂空档发动机熄火后，再将汽车车轮从凸块上推下、滚下时应尽量保证左、右轮同时落地。
3．1．2抛下法：用跌落机构将汽车测试端车轴中部由平衡位置支起60或90mm，然后跌落机构释放，汽车测试端突然抛下。
3．1．3拉下法：用绳索和滑轮装置将汽车测试端车轴附近的车身或车架中部由平衡位置拉下60或90mm，然后用松脱器使绳索突然松脱。
注：用上述三种方法试验时，拉下位移量、支起高度或凸块高度的选择要保证悬架在压缩行程时不碰撞限位块，又要保证振动幅值足够大与实际使用情况比较接近。
车载测试中的车辆悬挂系统评估和测试方法
车载测试中的车辆悬挂系统评估和测试方法悬挂系统是车辆中非常重要的组成部分之一，直接影响到车辆的稳定性、操控性以及乘坐舒适度。
为了确保车辆悬挂系统的性能和安全性能，进行评估和测试是必不可少的。
本文将介绍车载测试中的车辆悬挂系统评估和测试方法。
一、悬挂系统评估悬挂系统评估是指对车辆悬挂系统的性能进行客观、综合的评价，确定其在不同条件下的响应和行驶性能。
1. 动态性能评估动态性能评估是对悬挂系统在不同路面条件下的行驶表现进行评价。
通过模拟实际路况，对车辆进行加速、制动、转向等动作，观察悬挂系统对车辆姿态的调节能力和行驶稳定性。
评估指标包括车辆的悬挂系统动态刚度、减震器的响应速度和减震效果、车辆的侧倾角和抗侧倾能力等。
2. 舒适性评估舒适性评估是对悬挂系统在不同路况下乘坐舒适度进行评价。
通过测量车辆在不同路面条件下的振动加速度、噪音水平等参数，评估悬挂系统对驾乘人员的舒适性影响。
评估指标包括车辆的垂向、横向和纵向加速度、车身的振动和抗扰动能力等。
二、悬挂系统测试方法悬挂系统测试是指对车辆悬挂系统进行定量测试，获取悬挂系统参数和性能指标。
1. 试验台测试试验台测试是基于模拟器的实验方法，通过模拟车辆在不同路况下的运动状态，评估悬挂系统的性能。
该方法可以对悬挂系统的刚度、减震特性、侧倾控制能力等进行精确测量，并提供稳定的测试环境。
试验台测试可通过下偏心摆动试验、径向载荷试验、冲击试验等方式进行。
2. 实车测试实车测试是对实际车辆进行道路试验，获取悬挂系统在真实路况下的性能数据。
通过在不同路况下对车辆的悬挂系统进行测试，可以直观地了解悬挂系统的动态响应和行驶性能。
实车测试包括在公路、高速公路、越野路段等不同路况下进行的加速、刹车、转向、侧倾等测试。
三、测试数据分析和评估在进行悬挂系统评估和测试时，获取的测试数据需要进行全面的分析和评估。
1. 数据处理与分析通过使用专业的数据采集和处理设备，将实测数据导入计算机软件进行分析和处理。
阻尼和固有频率的测量
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8.2.３ 稳态激振法
图3所示为一个单自由度 质量---弹簧----阻尼系统强迫振 动模型。
位移响应为 位移幅值
图3 单自由度系统模型
系统确定后p,n,m是确定的。只要保证激 振力幅值 是常量， 的大小唯一取 决于激振力频率 。稳态激振法是每 给定一个激振频率 ，测量一次位移 响应幅值 ，从而得到一组 随 变化的数据。以 为横坐标， 为 纵坐标，可描在曲线上，振幅最大的点对 应的激振频率称为共振频率，测试系统发 生了位移共振。
速度信号与激振力信号之间的相位差 加速度响应
幅值 取得极值的条件为
，即在该点发生共振。共振幅值
加速度信号与激振力信号之间的相位差
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图7 速度响应判别速度共振 图8位移响应判别速度共振
图9加速度响应判别速度共振
速度共振的相位判别法的依据即为系统发生 速度共振时，激振力和速度响应之间的相位 差为0。实验时，将激振力信号接入示波器的 ｘ轴，速度响应信号接入示波器的ｙ轴，改 变激振信号的频率 ，根据李沙育原理， 屏幕上将出现如图７的图像。即当图像变成 斜直线时，系统发生速度共振，此时，
取得极值的条件为
，即当
时，系统发生速度共振，
。此时相位差
，即速度响应与激振力
之间的相位差为0；阻尼力
，即激振力所作的功全部被阻尼所消耗。故有系统发生速度共振时，
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Байду номын сангаас
因此，只要测量系统发生速度共振时的速度幅值
幅值 ，即可计算出阻尼系数 ，并根据
浅谈汽车用阻尼材料阻尼系数的测试方法
车
各周期的峰值x1(t1)、x2(t2)、…… xn(tn)可以检测记录到（见图8），
扫频信号发生器发出扫频信号 经放大后推动激振器,使试件产生振
(c-d)+ (c-d)2-4T2(1-c)
1 测试原理
设当一个结构试件受到正弦稳 态电压f(t)之后，就会产生动态位移 响应δ (t)。若这一结构试件没有阻 尼存在，则f(t)及其位移响应δ (t)是 同频、同相的，见式（1）。
｝ f (t)= fm sinωt
δ(t)=δm sinωt
（1）
式中，f(t)为结构试件受到的激励信
号，mV；δ (t)为结构试件产生的
响应，都是反映该系统特性的多个 单自由度系统响应的叠加。因此， 在某阶共振频率下，其相对应的该
可见，α 越大，η 也越大。
差）在增加，也就是位移（滞后角 阶振动响应特别大，以至于可以忽
基于上述分析，η 既是结构刚 α ）在增加。因此，可以通过结构 略其他各阶振动响应，就可以用该
度复量中虚部与实部之比，又是系 试件在共振时的共振频率与其相应 阶振动响应代替系统的总响应。测
以悬吊的方式安装，测试系统见图 7。
（2）测试过程
值，此时式（15）中的cos(ω dt -
Φ )=1，式（15）可写成式（16）。
xn(tn)=xme-ξω ntn
（16）
为计算试件的ξ ，首先
计算波峰x1(t1)、x2(t2)的衰 减率。设A为两个相邻波峰
的衰减率，则
图6 有干扰的共振峰
x1(t1)=xme-ξω nt1 A=x2(t2)=xme-ξω nt2
件的理想化状态，这种状态实际上
是不多见的。一般的情况是结构试
件存在阻尼耗能，此时激励力f(t)与
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 ，）
汽车平顺性实验指导书
汽车平顺性实验指导书课程编号：课程名称：实验一悬挂系统的固有频率和阻尼比测定实验一、实验目的汽车车身部分（簧载质量）的固有频率和阻尼比以及车轮部份（非簧载质量）的固有频率是分析悬挂系统振动特性和对汽车平顺性进行研究、评价的基本数据。
也是车辆车辆专业学生必须掌握的基本技能。
通过对汽车悬挂系统固有频率和阻尼比测定，使学生学会和掌握车辆振动的基本试验方法，采集和处理实验数据并根据已学过的理论知识进行深入分析，培养学生解决实际工程问题的能力。
二、实验的主要内容了解车辆振动测试系统的组成和测试原理，汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测定方法和数据分析。
三．实验设备和工具1．实验车辆小型客车、载货汽车或摩托车一辆1．1 试验应在汽车满载时进行。
试验前称量汽车总质量及前、后轴的质量。
1．2 悬架弹性元件、减振器和缓冲块应符合该车技术条件规定。
根据需要可拆下减振器和缓冲块。
1．3 轮胎花纹完好，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。
2．测量仪器振动加速度传感器2只数据采集和信号分析仪1台2．1 测量仪器的频率范围应能满足0.3～100Hz的要求。
2．2 振动传感器装在前、后轴和其上方车身或车架相应的位置上，其质量应不足以影响试验结果。
四、实验原理可用各种不同的方法（滚下法、抛下法或拉下法）使汽车悬挂系统产生自由衰减振动，利用振动测试系统采集各车轮自由衰减振动的加速度时间历程，分析处理实测数据并分别得到该车辆各车轮和悬挂系统的固有频率和相对阻尼系数，并对车辆的悬挂系统的设计参数进行客观评价。
五、实验方法与步骤（滚下法）（一）测量数据1．用磁性底座将振动加速度传感器器分别安装在被测车轮的车轴上方（悬架弹性元件的下方）和该侧车轮所对应的车身底板（悬架弹性元件的上方）处，检查并确保传感器安装牢固可靠。
2．开动汽车，使测试端的车轮沿凸块斜面滚至凸块上（凸块断面如图1所示），其高度根据汽车类型与悬挂结构可选取60、90、120mm，横向宽度要保证车轮全部置于块凸上，在停车、挂空档、发动机熄火后，再将汽车车轮从凸块上推下，若同时测量的两侧车轮，滚下时应保证左、右轮同时落地。
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汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测量汽车悬挂系统的固有频率和阻尼比测量一、测量仪器
DH5902坚固型动态数据采集系统，DH105E加速度传感器，DHDAS基本控制分析软件，阻尼比计算软件。
二、测量方法
、试验在汽车满载时进行。
根据需要可补充空载时的试验。
试验前称量汽1 车总质量及前、后轴的质量。
2、DH105E加速度传感器装在前、后轴和其上方车身或车架相应的位置上。
3、可用以下三种方法使汽车悬挂系统产生自由衰减振动。
3.1 滚下法:将汽车测试端的车轮，沿斜坡驶上凸块(凸块断面如图所示，其高度根据汽车类型与悬挂结构可选取60、90、120mm，横向宽度要保证
1
车轮全部置于凸块上)，在停车挂空档发动机熄火后，再将汽车车轮从凸块上推下、滚下时应尽量保证左、右轮同时落地。
3.2 抛下法:用跌落机构将汽车测试端车轴中部由平衡位置支起60或90mm，然后跌落机构释放，汽车测试端突然抛下。
3.3 拉下法:用绳索和滑轮装置将汽车测试端车轴附近的车身或车架中部由平衡位置拉下60或90mm，然后用松脱器使绳索突然松脱。
注:用上述三种方法试验时，拉下位移量、支起高度或凸块高度的选择要保证悬架在压缩行程时不碰撞限位块，又要保证振动幅值足够大与实际使用情况比较接近。
对于特殊的汽车类型与悬架结构可以选取60、90、120mm以外的值。
4、数据处理
4.1 用DH5902采集仪记录车身和车轴上自由衰减振动的加速度信号;
4.2 在DHDAS软件中对车身与车轴上的加速度信号进行自谱分析，截止频率使用20Hz低通滤波，采样频率选择50Hz，频率分辨率选择0.05Hz;
4.3 加速度自谱的峰值频率即为固有频率;
4.4 在DHDAS软件中选择频响分析，车轴上的信号作为输入，车身上的信号作
为输出得到幅频特性曲线，采样频率选择200Hz，该曲线的峰值频率为车轮部分不运动时的车身部分的固有频率f’,有软件中的阻尼比计算模块直接0 得出阻尼比。
2
三、仪器指标
1、DH5902数据采集仪
1.1通道数:每个模块由控制单元、供电单元和最多四组各种类型测试单元任意组合而成，每单元有4个测试通道;
1.2 控制单元内置了高性能嵌入式计算机、抗振高速电子硬盘(32G)，100M以
太网接口;无线以太网接口。
1.3 采样速率:所有通道连续同步采样，每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k(Hz)分档切换。
1.4 每通道具有独立的16Bit ADC, 独立的DSP，并行同步采样;
1.5 抗混滤波器:模拟，DSP数字抗混滤波，截止频率:采样速率的(1/
2.56)
倍，阻带衰减:,120dB/Oct，平坦度0.05dB/Oct;
1.6 数据采集记录方式:连续采样，采样深度由模块内置高速电子硬盘剩余容
量决定;
1.7 应变、电压测试单元(选件):
1.7.1 输入阻抗:10MΩ+10MΩ;
1.7.2电压满度值: ?50mV、?100mV、?200mV、?500mV、?1V、?2V、?5V、?10V;
1.7.3 应变满度值:?1000με、?10000με、?100000με;
1.7.4 桥路方式:全桥、半桥;
1.7.5 每个模块尺寸:200 mm×20 mm×167 mm;
1.8 供电: 智能化管理的可充电锂电池组供电,220V交流电源,电池供电和外部供电可实现无缝切换;
1.9使用环境: 符合GB6587.1,86,III组条件;
1.10 外形尺寸:200 mm×170 mm×167 mm(32通道)。
2、DH105E加速度传感器
22.1.灵敏度(mV/m?s):100
2.2.安装谐振频率(kHz):6
2.3.频率范围(Hz) 0.1,1000
22.4.测量范围(m/s) 50
2.5.冲击极限(m/s2) 1000
2.6.横向灵敏度比:,5%
2.7.安装方式:底座M6螺纹
3
2.8.内部结构形式: 剪切
2.9.使用温度(?): -20,80
四、软件功能
1设置系统参数、通道参数、采样参数等;光标显示、窗口显示、图形显示等;
2 实时计算最大值、最小值、峰峰值、平均值、有效值、均方差等;
3 应力应变测量时,输入桥路方式、应变计电阻、导线电阻、应变计灵敏度系数,软件完成对测量结果的自动修正。
输入被测试件材料的弹性模量和泊松比,软件将完成应力及两片直角、三片45?直角、60?等边三角形、伞形、扇形等应变花主应力及方向的计算。
4 具有外触发、定时触发、信号触发等多种触发模式，有连续记录、记忆示波器等采样方式。
5 同时显示任意通道采集数据及曲线(包括采集数据的实时曲线及各种实时处理后的数据、曲线)。
6 软件实时性好，采样过程中可以动态开设或关闭窗口，动态切换或增减显示通道，动态设置其显示方式，动态缩放曲线及窗口。
7 将任意两通道的测量数据定义为x轴和y轴,边采样边绘制成曲线,完成x-y 记录仪(滞回曲线)的功能。
8 基本分析功能有:自相关(有偏)、自相关(无偏)、互相关(有偏)、互相关(无偏);概率密度、累积密度、直方图、累积直方图;实时谱、平均谱、倍频程和1/3倍频程分析、三维谱阵;自功率谱、互功率谱、频响函数、相干函数、脉冲响应函数;实倒谱、复倒谱、逆复倒谱;重采样低通滤波、修正(去直流、去线性趋势)、数据段的截取、删除、另存、平滑处理、时域或频域的积分与微分、数字滤波器设计及滤波处理、曲线拟合、任意点数FFT变换、虚拟通道计算 ;
9 该软件采集的数据可以被我公司的其他系列分析软件所调用，进行各种分析处理。
10 通过机器自带的网端接入有线或无线路由器，可实现远程网络控制。
11 远程数据回收功能。
可使您无需到现场进行数据回收，只需在远程的电脑终端，通过网络传输，将数据回收到本地硬盘中。
12 数据事后处理功能。
将回收的数据进行事后的分析与处理，并把数据保存为通用的*.txt、*.xls等格式。
13 具有良好的可移植性、可扩充性和可升级性，提供了与office软件的接口功能:将数据文件转换成文本文件(.txt文件)，Excel表格文件(.xls文件)、
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Access数据库文件(.mdb文件)，及与功能强大的分析处理软件Matlab的数据格式转换功能。
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