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。
图1 滚下法用凸块断面示意图
3．在汽车车轮从凸块上落下前，启动测量仪器；记录车身和车轴上自由衰减振动的时间历程，记录时间长度约3秒钟，以保证衰减振动曲线完整。
（二）数据处理
1．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），与时标比较或 在信号处理机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。
f 0 ＝1／T f t ＝1／T’
式中 f 0—一车身部分固有频率（Hz）； T—一车身部分振动周期（S）； f t—一车轮部分固有频率（Hz） 1 T’—一车轮部分振动周期（S）。
图2自由衰减振动曲线
由车身部分振动的半周期衰减率τ＝A1／A（0A1—一第二个峰至第三个峰的最大幅值，人—一第三个峰至第四个峰的最大幅值），按下式求出阻尼比。
当阻尼较小时（A3—一第四个峰至第五个峰的最大幅值，没有突然减小），可用整周期衰减率 τ’＝A1／A3，按下式求出阻尼比。
2．频率分析法：用信号分析仪对车身与轴上自由衰减振动的加速度信号Ζ（t）和ξ（t）进行频率分析。
对车身与车轴上加速度信号Z（t）和ξ（t）进行自谱处理，处理时用截止频率50Hz进行低通滤波，采样时间间隔Δt取20ms，频率分辨率为Δf=0.05Hz。 a. 车身部分加速度均方根自谱Gz（f）（见图3 a）的峰值频率即为车身部分固有频率f。 b．车轮部分加速度均方根自谱Gξ（f）（见图3 b）的峰值频率为车轮部分固有频率ft。
图3a 车轮部分加速度均方根自谱Gξ（f）
图3b 车身部分加速度均方根自谱Gz（f）
车轴上加速度信号ξ（t）作为输入，车身上加速度信号Z（t）作为输出进行频率响应函数处理得到幅频特性| Z／ξ|（见图2），处理时采样时间间隔 Δt取5 ms, 幅频特性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。’，它比车身部分的固有频率f。略高一些。由幅领特性的峰值Ap可以近似地求出阻尼比，其计算公式如下：
注：以上两种数据处理方法根据情况可选择其中一种，井在报告中注明。
图4 幅频特性
六、试验报告主要内容及要求
试验报告应含有下列内容： 1．实验条件及实验对象 a．试验车辆
整车质量。
相应轴载质量 前轴 kg；后轴 kg。 最大总质量kg。
相应轴载质量 前轴 kg 后轴 kg。 悬架型式:
前轴 后轴 轮胎型式和轮胎气压
前轮 后轮 轴距 b．实验仪器 传感器型号
处理分析仪器型号 c．实验条件
产生自由衰减振动的方法＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 凸块高度mm 2．实验内容及步骤
2．1 由自由衰减振动曲线处理得到的结果
2．2 典型衰减振动曲线和频谱图（参照图2、3、4） 3．实验结果讨论
七、实验注意事项
试验时，非测试端悬架一般不用因限制其振动而卡死，但在汽车前、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。
实验二 汽车平顺性随机输入行驶实验
一、实验目的
测定汽车在不同路面行驶时车身振动的随机信号，通过数据采集和分析；学会和基本掌握使用汽车振动测试系统测试和评价汽车振动对乘员及货物的影响，评价汽车的平顺性。
二、实验的主要内容
测试系统的安装标定、采集和处理汽车在不同路面上以各种速度行驶时，座椅和地板 传递给人体的振动频率和振动加速度幅值，分析计算车身振动的固有频率和加权加速度均方根值、对实验车辆的行驶平顺性作出客观评价。
三、实验设备和工具 1．实验车辆
小型客车或小型载货汽车一辆。
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 轮胎花纹完好，轮胎气压符合技术条件所规定的数值。 3． 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、后轴的上方车身地板和相应的座垫表面，其质量应不足以影响
四、实验原理
车辆在道路上行驶时，由于路面的凸凹不平通过车轮和悬架传递到车身并由座垫传递 到车上乘员。振动的频率和振幅直接影响到乘员的乘座舒适性和驾驶员的工作效率，利用振动测量系统采集和分析车辆悬架和座垫对振动能量的吸收能力评价车辆悬架系统设计是否合理。
五、实验方法和步骤
1． 安装和调试测量系统，正确选择合适的采集参数。
2． 驾驶车辆在二级以上的沥青路面公路和三级以下砂石路面；分别以40km/h、
50km/h、60km/h及70km/h车速匀速行驶。
3． 分别采集车辆在不同路面以不同速度匀速行驶时，车身底板和相应位置乘员座垫
上的随机振动加速度时间历程，样本记录长度不小于3min，人——椅测量系统的信号频率为0.1 Hz～100Hz。 4． 实验数据处理
4．1使用信号分析软件处理得到随机振动信号的等带宽自功率谱密度函数（或功率谱函数）。
4．2按下式计算1/3倍频程均方根值谱σj，
式中：σj—一中心频率为fi的1／3倍频程均方根谱值， m／s2，j=1，2 „„， 20；
Gi—一等带宽的加速度自谱值，g2，i＝1，2，„„，461； Mj—一与fi下限频率相应的等带宽谱线标号； Nj—一与fi上限频率相应的等带宽谱线标号。
4．3查表1和图1得到“疲劳—一降低工效界限” TFD
4．4将各值降低10分贝，即将“疲劳一降低工效界限”各值除以3.14就是“降低舒适界限”，根据σj查“降低舒适界限”而得TCD。
图1 “疲劳一降低工效界限”TFD、“降低舒适界限”TCD
六、实验报告主要内容及要求
试验报告应含有下列内容： 1．实验条件及实验对象 a．试验车辆
整车质量。
相应轴载质量 前轴 kg；后轴 kg。 最大总质量kg。
相应轴载质量 前轴 kg 后轴 kg。 悬架型式:
前轴 后轴 轮胎型式和轮胎气压
前轮 后轮 轴距
b．座椅型式。 c．人体参数
人体质量；身高；乘坐姿势的描述。 e．实验仪器
传感器型号；处理分析仪器型号 d．实验条件
试验场地及路面描述。
2．实验内容及步骤
简述实验过程；传感器的安装位置、系统的调试、数据采集方法和过程等 3．实验结果讨论
3．1对于人体振动的评价，规定用人体承受振动能力的评价指标：“疲劳—一降低 工效界限”TFD；“降低舒适界限”TCD为主。
3．2用常用车速的TF D、TCD评价汽车的行驶平顺性。
七、实验注意事项
1. 试验道路应平直，纵坡不大于1％，路面干燥，不平度应均匀无突变，长度不小于 3 km，两端应有30～50m的稳速路段。
2. 试验时，汽车在稳速段内要稳住车速，然后以规定的车速匀速驶过试验路段。在试 验路段用数据采集系统采集各测量点的加速度时间历程，测量通过试验路段的时间以计算 平均车速。
3. 测试部位的乘员应全身放松，两手自由地放在大腿上，其中驾驶员的两手自然地置 于方向盘上，在试验过程中应保持乘坐姿势不变。一般乘员不靠在靠背上。
4. 测试仪器的性能应稳定可靠，测人—一椅系统的频率响应为0.1～100Hz，记录样本 长度不短于3min，