《汽车振动分析与测试技术》课程教学大纲
课程类别：专业教育课程 英文名称：Automobile Vibration Analysis and Testing Technology
开课单位：能源动力工程学院 课程编号：Z03160107
课程性质：专业必修
总学时：32 实验：0 学 分：2
适用专业：新能源汽车工程
先修课程：高等数学、线性代数、材料力学、理论力学
大纲编写（修订）时间：2019年6月
一、课程性质与教学目标
（一）课程性质与任务
《汽车振动分析与测试技术》课程是新能源汽车专业的一门重要的专业教育课程，为解决现代许多科学技术和工程实际问题中的振动和动态问题提供理论依据。本课程以汽车简化振动模型和实际行驶振动模型为基础，能够使学生掌握线性系统微幅振动的基本概念和基本理论；掌握汽车振动系统振动特性的分析方法；掌握汽车振动特性试验测试的基本方法。通过本课程的学习，可以培养学生解决实际工程问题的能力，而且为其它相关课程奠定坚实的理论基础。
（二）课程目标
课程目标1：能够掌握汽车振动的基本概念和基本原理，可以描述汽车振动现象的基本规律，分析汽车系统的振动特性；（支撑毕业要求指标点1-3）
课程目标2：能够运用所学的力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，从而具有将振动问题归结为数学问题的典型的力学方法的能力；（支撑毕业要求指标点2-3）
课程目标3：能够运用测试与分析的操作技能、技术方案和仪器设备，掌握汽车振动特性试验测试与分析的基本方法、；（支撑毕业要求指标点5-3）
二、课程内容、学时分配及对毕业要求指标点的支撑
章节 |
内 容 |
讲课 |
实验 |
小计 |
支撑课程目标 |
支撑的毕业要求指标点 |
第1章 |
1 振动基本概念 1.1 振动系统组成要素及等效参数；主要内容：振动系统组成要素；振动系统的等效参数。 1.2 振动的分类；主要内容：根据系统的输入类型、系统的振动微分方程、系统的自由度数、系统的输出规律和系统的特性等进行分类。 1.3振动方程建立及响应的求解；主要内容：简谐振动；谐波分析。 1.4车辆振动简化模型；主要内容：汽车振动系统的七自由度度模型、四自由度度模型、两自由度度模型、单自由度度模型。 重点：振动系统组成要素及等效参数、振动方程建立及响应的求解、车辆振动简化模型。 难点：振动方程建立及响应的求解、车辆振动简化模型。 |
4 |
0 |
4 |
1，2 |
1-3 2-3 |
第2章 |
2 单自由度振动 2.1单自由度振系统的自由振动；主要内容：单自由度振系统的自由振动的响应以及在不同阻尼情况下的振动特性。 2.2单自由度振系统的强迫振动；主要内容：简谐激励下的强迫振动；一般性周期激励下的强迫振动；任意激励下的强迫振动。 2.3振动隔离；主要内容：主动隔振；被动隔振主要内容。 重点：单自由度振系统自由振动的振动特性；单自由度振系统在简谐激励和一般性周期激励下的强迫振动的响应和振动特性。 难点：单自由度振系统在简谐激励和一般性周期激励下的强迫振动的响应和振动特性。 |
4 |
0 |
4 |
1，2 |
1-3 2-3 |
第3章 |
3 二自由度振动 3.1二自由度自由振动；主要内容：二自由度振动微分方程、 二自由度无阻尼自由振动、二自由度有阻尼自由振动。 3.2二自由度强迫振动；主要内容：谐波激振力下的强迫振动、叠加法求系统响应。 3.3路面激励下的强迫振动；主要内容：车身与车轮双质量系统、双轴汽车振动。 重点：二自由度无阻尼、有阻尼自由振动系统微分方程的建立，以及固有频率、主振型和主振动的计算和分析；二自由度振动系统谐波激振力下的强迫振动、叠加法求系统响应。 难点：二自由度振动系统的分析方法。 |
4 |
0 |
4 |
1，2 |
1-3 2-3 |
第4章 |
4 多自由度振动 4.1多自由度系统振动微分方程；主要内容：直接法；拉格朗日法；影响系数法。 4.2 多自由度振动系统的固有特性；主要内容：固有频率；主振型。 4.3 多自由度无阻尼振动系统的模态分析；主要内容：广义坐标和坐标变换；模态分析。 重点：多自由度系统振动微分方程的建立及固有频率和主振型的分析和计算；多自由度无阻尼振动系统的广义坐标、模态分析和响应计算。 难点：多自由度系统振动微分方程的建立以及固有特性的分析和计算；多自由度无阻尼振动系统的模态分析和响应计算。 |
4 |
0 |
4 |
1，2 |
1-3 2-3 |
第5章 |
5固有特性近似计算方法 5.1 矩阵迭代法；主要内容：基频和振型的求法；二阶固有频率和振型的求法；高阶固有频率和振型的求法。 5.2 子空间迭代法；主要内容：求解系统的前几阶特征值和特征向量。 5.3瑞利能量法和邓克莱法；主要内容：瑞利能量法；邓克莱法。 5.4 传递矩阵法；主要内容：单元传递矩阵；系统传递矩阵；传递矩阵法求固有频率和振型；分支传动系统的传递矩阵法。 重点：固有特性近似计算方法，矩阵迭代法、瑞利能量法和邓克莱法求解系统的固有频率；传递矩阵法计算系统固有特性。 难点：把握振动系统固有特性各种近似计算方法的特点、过程、应用场合和条件。 |
4 |
0 |
4 |
1 |
1-3 |
第6章 |
6 连续系统振动分析 6.1 弦的横向振动问题；主要内容：弦的横向振动的微分方程及求解；利用边界条件和初始条件确定方程解的常数。 6.2 时间与空间变量分离方法；主要内容：求解连续体振动微分方程的时间和空间变量分离方法。 6.3 杆的纵向振动及轴的扭转振动；主要内容：杆的纵向振动及轴的扭转振动的微分方程及求解过程。 6.4 梁的横向振动；主要内容：梁的横向振动微分方程及其求解。 重点：弦的横向振动问题；时间与空间变量分离方法；杆的纵向振动及轴的扭转振动。 难点：连续系统振动的特点、方程的建立及求解方法。 |
4 |
0 |
4 |
2 |
2-3 |
第9章 |
9 车辆行驶振动 9.1 路面不平度及其功率谱；主要内容：路面不平度的基本概念及测试方法；路面不平度功率谱密度及表示方法。 9.2 车辆振动性能的评价；主要内容：车辆行驶振动性能评价方法。 9.3 单轮车辆模型；主要内容：单轮车辆模型及振动微分方程，振动加速度、评价尺度及影响因素。 重点：车辆行驶振动性能评价方法；单轮车辆模型及振动微分方程，振动加速度、评价尺度及影响因素。 难点：单轮车辆模型及振动微分方程，振动加速度、评价尺度及影响因素。 |
4 |
0 |
4 |
1，2 |
1-3 2-3 |
第12章 |
12汽车振动测试 12.1 振动测试技术基础；主要内容：振动测试的基本方法和技术。 12.2 汽车振动测试仪器和设备；主要内容：汽车振动测试常用的仪器和设备。 12.3 汽车振动参量测量及试验方法；主要内容：汽车振动参量测量及各种试验方法。 12.4 整车室内振动特性模拟试验；主要内容：整车室内振动特性模拟试验及现代试验设备的工作原理、特点、试验工程和注意事项。 重点：汽车振动测试常用的仪器和设备；汽车振动参量测量及各种试验方法。 难点：汽车振动参量测量及各种试验方法。 |
4 |
0 |
4 |
1，2，3 |
1-3 2-3 5-3 |
实验 |
汽车振动与测试实训 |
|
1周 |
|
3 |
5-3 |
合 计 |
|
32 |
1周 |
32 |
|
|
三、本课程开设的实验项目
无。
四、达成课程目标的途径和措施
1、利用计算机辅助教学形式进行讲授，辅以重要知识点的板书推导与分析，引导学生理解分析思路；
2、讲授过程中注重工程实例分析，使学生运用数学工具和力学原理分析工程问题。
3、理论讲授中穿插MATLAB计算机分析知识和应用的介绍，利用软件分析振动系统的振动特性，包括幅频特性和相频特性，从而帮助理解振动控制的相关理论和分析方法。
4、本课程不设实验。
五、考核方式
1.课程考核方式包括课后作业情况、课堂测试和期末考试等。
2.定量评价
本课程包含i个分课程目标，有k个考核方式，各考核方式对课程目标达成评价的权重占比分配
如下：
表5.1 各考核方式对课程目标达成评价的权重占比分配
课程目标 |
分课程目标权重 （本列总和为1） ∑Pi=1 |
各考核方式评价比例分配 （每行总和为1） ∑Wik=1 |
各考核方式在课程目标达成中的占比 （所有行列总和为1）∑∑Sik=1 Sik=Pi×Wik |
作业 |
课堂测试 |
期末 考试 |
作业 |
课堂测试 |
期末 考试 |
1 |
0.4 |
0.1 |
0.1 |
0.8 |
0.04 |
0.04 |
0.32 |
2 |
0.4 |
0.2 |
0.2 |
0.6 |
0.08 |
0.08 |
0.24 |
3 |
0.2 |
0.4 |
0.4 |
0.2 |
0.08 |
0.08 |
0.04 |
各考核环节对课程目标达成的贡献率 |
0.2 |
0.2 |
0.6 |
第i个分课程目标的评价基于各环节k的贡献加权求和，就是该分课程目标的达成度Ai，即
5-1
而多个分课程目标再根据比例加权求和，就得到本门课程的课程目标达成度A。
5-2
其中： k表示不同的考核环节，i表示不同的分课程目标；
是第k种评价方式通过第i个课程目标反映在总的课程目标评分占比；
表示第k种评价方式对第i个课程目标百分占比；
表示第i个课程目标在课程总评价中的占比；
Gik表示第k种考核方式支撑第i个课程目标的达成度。
3.定性评价
定性评价指利用学生的调查问卷进行课程目标达成情况评价，按照各课程目标分项设计合适的问卷，调查学生掌握知识及获得能力等课程目标达成情况。其中成绩均采用百分制统计，五级分制转换为百分制时，优对应95分，良对应85分，中对应75分，及格对应65分，不及格对应55分。
综合定性与定量评价结果，取最小量为最终评价结果。
六、评价标准：
6.1 作业评价标准
基本要求 |
评价标准 |
权重 |
90-100分 |
75-89分 |
60-74分 |
0-59分 |
掌握汽车振动的基本概念和基本原理，可以描述汽车振动现象的基本规律，分析汽车系统的振动特性；（支撑毕业要求指标点1-3） |
按时交作业；基本概念正确、论述逻辑清楚；层次分明、语言规范。 |
按时交作业；基本概念正确、论基本清楚；语言较规范。 |
按时交作业；基本概念基本正确、论述基本清楚；语言较规范。 |
不能按时交作业；基本概念不清楚甚至错误、原理论述不清楚。 |
25% |
运用所学的力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，从而具有将振动问题归结为数学问题的典型的力学方法的能力；支撑毕业要求指标点（2-3） |
按时交作业；能够应用相关的力学知识分析解决实际振动工程问题，论述逻辑清楚，语言规范。 |
按时交作业；能够应用相关的力学知识分析解决实际振动工程问题，论述清楚，语言较规范。 |
按时交作业；基本能够应用相关的力学知识分析解决实际振动工程问题，论述基本清楚，语言较规范。 |
不能按时交作业；基本概念不清楚甚至错误、论述不清楚。 |
65% |
运用测试与分析的操作技能、技术方案和仪器设备，掌握汽车振动特性试验测试与分析的基本方法；（支撑毕业要求指标点5-3） |
按时交作业；能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述逻辑清楚；层次分明、语言规范。 |
按时交作业；能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述清楚，语言较规范。 |
按时交作业；基本能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述清楚，语言较规范。 |
不能按时交作业；运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法不清楚，论述不准确。 |
10% |
6.2 课堂测试评价标准
基本要求 |
评价标准 |
权重 |
90-100分 |
75-89分 |
60-74分 |
0-59分 |
掌握汽车振动的基本概念和基本原理，可以描述汽车振动现象的基本规律，分析汽车系统的振动特性；（支撑毕业要求指标点1-3） |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述正确，语言简练。 |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述正确。 |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述基本正确。 |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述不清或有原则性错误。 |
20% |
运用所学的力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，从而具有将振动问题归结为数学问题的典型的力学方法的能力；支撑毕业要求指标点（2-3） |
根据力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，分析汽车振动规律正确；语言论述正确。 |
根据力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，分析汽车振动规律基本正确；语言论述正确。 |
根据力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，分析汽车振动规律基本正确；语言论述基本正确。 |
汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型有错误；分析汽车振动规律有错误；语言论述有原则性错误。 |
60% |
运用测试与分析的操作技能、技术方案和仪器设备，掌握汽车振动特性试验测试与分析的基本方法、；（支撑毕业要求指标点5-3） |
能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述逻辑清楚；层次分明、语言规范。 |
能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述清楚，语言较规范。 |
基本能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述清楚，语言较规范。 |
运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法不清楚，论述不准确。 |
20% |
6.3 考试评价标准
基本要求 |
评价标准 |
权重 |
90-100分 |
75-89分 |
60-74分 |
0-59分 |
掌握汽车振动的基本概念和基本原理，可以描述汽车振动现象的基本规律，分析汽车系统的振动特性；（支撑毕业要求指标点1-3） |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述正确，语言简练。 |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述正确。 |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述基本正确。 |
应用振动的基本概念判断问题正确，描述汽车振动现象的基本规律，论述不清或有原则性错误。 |
30% |
运用所学的力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，从而具有将振动问题归结为数学问题的典型的力学方法的能力；支撑毕业要求指标点（2-3） |
根据力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，分析汽车振动规律正确；语言论述正确。 |
根据力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，分析汽车振动规律基本正确；语言论述正确。 |
根据力学原理在以汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型，并应用数学知识求解数学模型，分析汽车振动规律基本正确；语言论述基本正确。 |
汽车简化振动模型基础上建立相应的数学模型有错误；分析汽车振动规律有错误；语言论述有原则性错误。 |
60% |
运用测试与分析的操作技能、技术方案和仪器设备，掌握汽车振动特性试验测试与分析的基本方法、；（支撑毕业要求指标点5-3） |
能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述逻辑清楚；层次分明、语言规范。 |
能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述清楚，语言较规范。 |
基本能够运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法，论述清楚，语言较规范。 |
运用仪器设备测试与分析的振动特性基本方法不清楚，论述不准确。 |
10% |
七、参考书目及学习资料
[1] 陈南．《汽车振动与噪声控制》．北京：人民交通出版社，2005
[2] 程耀东，李培玉．机械振动学．浙江：浙江大学出版社，2009
[3] 何渝生．汽车振动学．北京：人民交通出版社，1990
[4] 闻邦椿，刘树英，张纯宇．机械振动学．北京：冶金工业出版社，2000
[5] 张义民．机械振动．北京：清华大学出版社，2007
制定人：王悦芳 审定人： 批准人：
年 月 日
