一、振动
1.乘坐舒适性（bounce、pitch、roll）
（1）主观感受
乘坐舒适性是指车身作为一个整体在摇摆，摇摆的方式可以用“摇摇晃晃”“飘飘悠悠”等词来形容，其振动形式如图7.1.1所示。
（2）发生条件
整车的乘坐舒适性感受多发生在：①路面上凸凹不平、有段差等；②有大量坑沟的未铺装路面；③路面上有起伏并以特定车速行驶。车身在低频范围内有多个刚体模态，如俯仰、侧倾等，这些模态很容易被路面激励起来。其振动模式如图7.1.2所示。
图7.1.1 车身摇摆
图7.1.2 车身的刚体振动
汽车可以简单地分为簧上质量和簧下质量两部分，簧上质量指车身的重量，簧下质量指轮胎、后桥、悬架等部分。如图7.1.3所示为车辆简易模型。
（3）发生原理
簧上质量在悬架弹簧的支撑下组成了簧上振动系统。当车辆通过路面上的凸凹不平、段差等处时，会发生车辆整体的跳动、俯仰、侧倾等振动，从而影响乘坐舒适性。
此时，如果簧下质量很重，或者减振器处于压缩状态，或者弹簧刚度比标准值高，车身会持续摇摆，使乘坐舒适性恶化。
这是由于簧下质量的振动特性发生了改变，与簧上质量产生了共振，在约1～4Hz的簧上质量共振中耦合了簧下质量约10～15Hz的振动，从而产生了上下方向的跳动。
对于较重即簧上质量较大的汽车，乘坐舒适性通常会好一些，这是由于簧上质量越大，簧上固有频率则越高，车身就不容易被激励起来。相反，簧上质量越小，则簧上固有频率越低，车身就容易被激励起来。如图7.1.4所示，两种情况在振幅、频率方面均有差异。
图7.1.3 车身简易模型
图7.1.4 乘坐舒适性比较
乘坐舒适性概念在广义上解释的话，包括振动、噪声、座椅舒适性、空调、采光、照明、色彩等多种含义，在本书中所提及的乘坐舒适性仅限于“汽车行驶过程中与振动相关的舒适性”。具体地说，就是指汽车车身的俯仰、侧倾、跳动等三个主要刚体振动。其振动形态如图7.1.5所示。
图7.1.5 车身的刚体振动
2.抖动
（1）主观感受
1）前端抖动（上下振动）是指车身、座椅、转向盘上下方向“摇摇晃晃”“飘飘悠悠”地激烈振动。另外，还包括发动机舱盖、后视镜等的小幅振动，如图7.1.6所示。
2）横向抖动（左右振动）是车身、座椅左右方向的“摇摇晃晃”“飘飘悠悠”地振动，如图7.1.7所示。
3）有时还可能同时出现前端抖动、横向抖动，腰、臀部感觉明显，握住转向盘的手也会感觉到“突突”地抖动。
4）抖动频率一般为10～30Hz。与洗衣机脱水、电动扳手的工作频率接近。
图7.1.6 前端抖动
图7.1.7 横向抖动
（2）发生条件
1）汽车在高速公路上行驶时，在特定的车速下发生。
2）在一般的铺装路面中，如果有较小的凸凹不平，抖动会出现在40～70km/h的车速下。
（3）发生原理
1）引起抖动的强制激励包括轮胎自身和路面两方面。轮胎的重量如果不均匀（偏差率、材料不均等），由此在旋转过程中将会产生多种不平衡力和力矩，如图7.1.8所示。
2）在该强制力和力矩的作用下，如果出现簧下共振，车轴将大幅振动，如图7.1.9所示。
图7.1.8 轮胎不平衡
图7.1.9 车轴激励
3）该振动主要通过悬架弹簧及减振器向车身传递。另外还有可能传递到发动机，如图7.1.10所示。
4）如果振动传递到发动机，当振动频率与发动机和悬置组成的振动系统的固有振动频率接近时将引起发动机共振。而发动机的振动会进一步向车身传递，如图7.1.11所示。
为了控制轮胎簧下共振领域内的车身振动，有时可以考虑利用发动机的刚体振动，使其成为动态减振器，在一定程度上缓冲车身的振动。
5）传递到车身的振动将会引起车身的弯曲和扭转共振，如图7.1.12所示。
图7.1.10 振动的传递
图7.1.11 动力总成刚体振动
图7.1.12 车身的弯曲和扭转振动
6）车身的振动给车内乘员一种飘飘悠悠的感觉，特别是腰、臀部感觉明显。另外，转向盘、座椅也可能出现激烈的共振。
备注：
1）前端抖动（上下振动）和横向抖动（左右振动）通常以相差10s的间隔反复发生。这是由于轮胎的旋转半径不同，左右车轮的不平衡量的位置相对于轮胎的旋转有少许的差别所导致的，如图7.1.13所示。
当左右车轮相位相同（例如左、右车轮的强制振动激励都是向上方向）时，且前端抖动（上下振动）反相振动时，出现横向抖动。
图7.1.13 前端抖动与横向抖动的相位差
2）由于左右车轮存在相位差，车身抖动幅度会时大时小，在行驶实验中对振动幅度进行测试时，在每个车速时要至少保持10s以上。
3.摆振
（1）主观感受
1）转向盘旋转方向“突突”地振动，如图7.1.14所示。
2）转向盘旋转方向振动的同时，车身也在左右方向振动。
3）当所发生的振动逐渐增大时，会感到操纵转向盘困难。
4）振动频率一般为5～15Hz，与洗衣机脱水接近，如图7.1.15所示。
图7.1.14 摆振
图7.1.15 摆振的频率
（2）发生条件
1）在良好路面上以80km/h以上的速度行驶时，且在相对限定的车速范围内发生（高速摆振）。(https://www.daowen.com)
2）当车辆以20～60km/h的速度行驶时，由于路面的凸凹不平或者突然制动时也会发生（低速摆振）。
备注：
•低速摆振一般即使在车速降低时也不会停止，在汽车停止前会一直持续振动。
（3）发生原理（高速摆振）
1）如果轮胎存在重量不均（偏差率、材质不均），因为不平衡而产生的离心力是强制激励，如图7.1.16所示。
2）在这个强制激励的作用下，在主销轴处产生力矩，引起车轮左右方向振动。
3）另一方面，转向系统自身也是一个完整的振动系统。转向柱、齿轮以及连接部分具有一定的刚度，起到弹簧的作用，在其上端安装的转向盘在旋转方向的惯性质量，由此构成的振动系统拥有一定的固有振动频率，如图7.1.17所示。
图7.1.16 轮胎不平衡激励
图7.1.17 转向系统
4）由于离心力而引起的轮胎左右方向振动频率，当车速达到某一个特定值时，与转向系统的固有振动频率一致，产生共振，引起转向盘旋转方向的激烈振动。
备注：
•对于低速摆振，当车辆越过路面上的凸凹不平时，轮胎受到以主轴销为中心的力矩，并引起转向系统振动。一般系统中的阻尼会使振动很快停止，但是如果转向节、齿轮等处因预紧力低或者存在间隙，各处的振动将会以自励振动的形式持续下去。
4.制动抖动
（1）主观感受
1）踩下制动踏板时，前围板、转向盘下方向出现“突突”地振动。
2）转向盘左右方向也出现振动。
3）踩制动踏板的脚能感觉到“突突”地振动。
4）振动频率与车身抖动接近，约为5～30Hz，振动的幅度比抖动大。
（2）发生条件
车辆以中速或者高速行驶，踩下制动踏板时发生（制动的程度为前、后轮未抱死状态）。
（3）发生原理
1）制动鼓存在偏心或者振动，制动时摩擦力产生变化形成强制激励。
2）这个振动强制激励通过制动油压通路向制动踏板传递，使踏板产生脉动。另外，还会通过悬架系统向车身传递。
3）传递到车身的振动，如果与车身产生共振，则振动被增幅，引起与抖动接近的振动，即制动抖动，如图7.1.18所示。
备注：
•制动抖动与车身抖动相同，都会引起车轴上下方向振动。因此，车轴的振动传递方式和共振状态，与车身抖动具有几乎相同的产生原理，并最终引起车身的振动。
[参考]
制动鼓不良引起的制动抖动发生原理：
1）车辆如果长期处于放置状态，制动系统零部件有可能出现锈蚀。
2）随着车辆行驶距离的增加，制动鼓有锈的表面因锈斑使摩擦不均，造成制动鼓厚度变化。
3）制动鼓厚度不均较大时，超过容许值，车辆制动时会产生摩擦力的变动。
4）振动沿着液压油回路向踏板传递，使踏板产生脉动。
5）如果振动传递到车身，会引起车身的共振，发生与车身抖动类似的振动。
制动抖动的发生原理如图7.1.19所示。
5.发动机起动时振动
（1）主观感受
发动机点火起动时座椅、发动机舱盖等“突突突”地振动。
（2）发生条件
起动机起动后产生振动，发动机开始工作，起动机停止后振动也停止。
（3）发生原理
1）发动机绕着侧倾轴旋转时，其反力沿相反的方向向车身传递，如图7.1.20所示。
2）该反力通过发动机悬置向车身传递。另外，如果发动机燃烧不均，该反力增大，更容易引起振动。
图7.1.18 制动抖动
图7.1.19 制动抖动产生原理
[参考]
1）上述情况发生在起动机工作后的瞬间，时间非常短，一般注意不到。
2）发动机的状态不佳时才会发生，而且通过调整发动机基本上可以解决该问题。
图7.1.20 发动机侧倾轴
6.怠速振动
（1）主观感受
1）座椅、转向盘上下方向振动。
2）有时会连续产生车身振动。
（2）发生条件
1）怠速时，产生连接振动，发动机空转时停止。
2）对于自动档汽车，制动状态时，变速杆处于D位或者R位，发生座椅、地板振动。
（3）发生原理
1）怠速时燃烧不均、失火、空调运转不均等，使发动机转矩变动增大，通过悬置向车身传递。
2）怠速时由于转矩转换器引起动力总成绕侧倾轴的力矩。因此，发动机转矩变动通过悬置向车身传递。
3）排气管的变形、吊挂橡胶不良等原因引起排气管共振，并向车身传递。
4）即使发动机状态良好，如果悬置处于不正确姿势，由于橡胶的硬化而使其减振效果下降，向车身传递的力过大，如图7.1.21所示。
[参考]
•怠速时发动机的转矩变动作为激励源会引起车身的弯曲振动。在发动机怠速工作范围内，由于存在两种车身的弯曲模态，如图7.1.22所示，车身的振动将会被大幅增加，转向盘、地板等与肢体接触部位产生令人不舒适的振动。
图7.1.21 怠速振动发生原理
图7.1.22 车身的弯曲振动
通过调整转向盘、地板等的固有振动频率使其处于怠速范围以外可以有效避免共振，但是会涉及车身重量、强度等方面的性能，实际操作时有一定的难度。最有效、最简单的做法是优化悬置的位置、刚度系数等参数，尽量减小发动机振动向车身的传递。