第6章汽车舒适性.ppt

第6章汽车舒适性,定义:汽车舒适性是指为乘员提供舒适、愉快的乘坐环境和方便安全的操作条件的性能。包括：汽车平顺性、汽车空气调节性能、汽车乘坐环境及驾驶操作性能等。,汽车平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的震动环境具有一定舒适度的性能。汽车空气调节性能是指对车内空气的温度、湿度、粉尘浓度实现控制调节，使车室内空气经常保持使乘员舒适状态的性能。汽车乘坐环境及驾驶操作性能是指乘坐空间大小、座椅及操纵件的布置、车内装饰、仪表信号设备的易辨认性等。,6.1汽车行驶的平顺性,平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价。对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。行驶平顺性既是决定汽车舒适性最主要的方面，它本身也是评价汽车性能的主要指标。,6.1.1汽车震动及其传递途径影响因素:行驶路面的凹凸不平高速旋转的轮胎和传动轴发动机的转矩变化,图6.1汽车震动系统方框图,行驶平顺性问题可以用下图方框图来分析,上述诸多“信号”不断地“输入”行驶中的汽车，而汽车又可以看作是由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬架质量及非悬架质量构成的“震动系统”。各种“输入”信号沿不同的路径传至乘员人体，其主要传递路径如图6.2所示。,图6.2汽车行驶震动传递路径不意图,作为系统的“输出”，是人体或货物受到的震动，其中最重要的是震动的频率和震动加速度。任何一个“震动系统”均有一个“固有频率”，当外界激振频率接近或等于“固有频率”时，将出现“共振”现象，产生剧烈的震动，这既要影响汽车的操纵稳定性，也要影响行驶平顺性。人体是一个复杂的机械震动系统，人体对震动的反应既与震动频率及强度、震动作用方向和暴露时间有关，也与乘员的心理、生理状态有关。,通过大量的震动试验表明，人体对不同方向的震动存在差异，对上下震动忍耐性最强，其次是前后震动，对左右震动最敏感。人体上下震动的共振点大约在4Hz8Hz，水平震动的共振点大约在1Hz2Hz。如果在共振点上加振，人的抗振能力会严重下降，氧气消耗量剧增，能量代谢加快。研究汽车行驶平顺性实际上要解决两方面的问题：一是如何避免汽车这个“震动系统”的“共振”现象；二是使“震动系统”输出的震动频率避开人体敏感的范围，震动加速度不超过人体所能承受的强度。,6.1.2行驶平顺性的评价,目前对行驶平顺性的评价仍是以人的主观感觉为最终依据，它既要受震动环境特点的影响，又要受人的心理、生理因素的影响，所以这种评价和衡量是非常困难和复杂的。,1997年分布了ISO2631-1人体承受全身震动评价第一部分：一般要求。ISO2631-11997（E）标准规定了人体坐姿受振模型（图6.3）。模型表明在进行舒适性评价时，它除了考虑座椅支承面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向的角振动（）以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各3个方向的线振动；共3个输入点12个轴向的振动。,图6.3人体坐姿受振模型,图6.4各轴向频率加权函数（渐进线）,此标准认为人体对不同频率振动的敏感程度不同，在图6.4上给出了各轴向0.580Hz的频率加权函数（渐进线），又考虑不同输入点、不同轴向的振动对人体影响的差异，还给出了各轴向振动的轴加权系数k。,图6.4各轴向频率加权函数（渐进线）,表6.1给出了三个输入点12个轴向，分别选用哪一个频率加权函数和相应的轴加权系数k。,以前，有关标准及文章对人体的评价，用疲劳降低工效界限，降低舒适界限以及加权加速度均方根值等指标对货车车厢振动的评价，用加速度均方根值和加速度功率谱密度函数。ISO2631-11997（E）标准规定，当振动波形峰值系数9（峰值系数是加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均方根值的比值）时，用基本的评价方法加权加速度均方根值来评价振动对人体舒适和健康的影响。根据测量，这一方法对各种汽车在正常行驶工况下均适用。,1.单轴向加权加速度无度方根,用基本的评价方法来评价时，先计算各轴向加权加速度均方根值。,具体计算方法如下：1）对记录的加速度时间历程a(t)，通过相应频率加权函数w(t)的滤波网络得到加权加速度时间历程，按下式计算加权加速度均方根值:,式中，T为振动的分析时间，一般取120s。,频率加权函数w(t)（渐进线）可用以下公式表示，式中频率f的单位为Hz,2）对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析得到功率谱密度函数，按下式计算,2.总加权加速度均方根值,当同时考虑椅面这三个轴向振动时，三个轴向的总加权加速度均方根值按下式计算,式中，为前后方向（轴方向）加权加速度均方根值；为左右方向（轴方向）加权加速度均方根值；为前后方向（轴方向）加权加速度均方根值。,3.加权振级与加权加速度均方根值的换算,目前在具体测量时，有些“人体振动测量仪”采用加权振级，加权振级表明振动的量级，可以理解为用分贝值表示的加权加速度均方根值。它与加权加速度均方根值的换算按下式进行,式中，为参考加速度均方根值，10-6ms-2；为加权振级，dB。,ISO263111997（E）标准给出了在180Hz振动频率范围内人体对振动的主观感觉（表6.2）；由以上计算得到的加权加速度均方根值与表6.2比较，可得知人的主观感觉程度，即可评价汽车的平顺性优劣。,表6.2和与人的主观感觉之间的关系,6.1.3改善平顺性的途径,1.悬架结构减小悬架刚度，降低固有频率，可以减少由于不平路面而引起乘员承受的加速度值，这是改善平顺性的基本措施。为避免出现“共振”，前、后悬架的固有频率应避开激振频率。另外，由于来自路面的激振先作用于前轮，然后才作用到后轮，为减轻由此引起的纵向角震动，前悬架的固有频率应略低于后悬架，亦即前悬架刚度略低于后悬架。,2.悬架阻尼,悬架系统的阻尼主要来自减振器、钢板弹簧叶片之间的摩擦以及轮胎变形时橡胶分子间的摩擦。其作用是使车身的震动迅速衰减，减小传递给乘员和货物的震动加速度，缩短震动时间，改善行驶平顺性，还能改善车轮与道路的接触状况，防止车轮跳离地面，提高操纵稳定性。在使用中，应防止减振器失效及弹簧片生锈锁住，影响行驶平顺性。,3.轮胎,轮胎对行驶平顺性的影响主要取决于轮胎的径向刚度，适当减小轮胎径向刚度，可以改善行驶平顺性。比如采用子午线轮胎径向刚度减小，轮胎的静挠度增加40%以上，行驶平顺性得到改善。但轮胎刚度过低，会引起侧向偏离加大，影响汽车的操纵稳定性。在使用中，通过动平衡试验消除轮胎的动不平衡现象，也是保证行驶平顺性的必要措施。,4.座椅,座椅的布置对平顺性有较大的影响。接近车身中部的座位振幅较小，前、后两端的座位振幅较大，在相同频率下乘员感受到的震动加速度就不一致，所以轿车的座位均布置在前后轴轴距之内。载货汽车和公共汽车，为了减少水平前后方向的振幅，座位在高度方向上应尽量缩小与重心间的距离。座垫也有一定减振作用。座垫的刚度和阻尼要作适当选择，以使人一座椅系统的固有频率避开人体最敏感的48Hz范围，同时应使阻尼系数达到0.2以上。,5.非悬架质量,非悬架质量对汽车的平顺性有较大的影响，其质量的大小直接影响到传递到车身上的冲击力。质量越小，冲击力越小，反之将加大。非悬架质量对行驶平顺性的影响，常用非悬架质量与悬架质量之比m/M来评价，此比值轿车一般在10.5%14.5%之间，以小些为好。,6.1.4汽车平顺性的试验,1.平顺性试验的主要内容,（1）汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定通过测定轮胎、悬架、座垫的弹性特性（载荷与变形的关系曲线），可以求出在规定载荷下轮胎、悬架、座垫的刚度。由加、卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的阻尼。另外，还要测量悬挂（车身）质量、非悬挂（车轮）质量、车身质量分配系数等。,（2）悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定,将汽车前轮、后轮分别从一定高度抛下，记录车身和车轮质量的衰减震动曲线，见图6.4。,图6.4悬挂系统衰减震动曲线,a）车身震动b）车轮震动,将汽车前轮、后轮分别从一定高度抛下，记录车身和车轮质量的衰减震动曲线，见图6.4。由图上曲线可以得到车身质量震动周期Tr和车轮质量震动周期，然后按下式算出各部分固有频率：,车身部分固有频率,车轮部分固有频率,由车身和车轮部分的衰减率,按下式求出阻尼比、,（3）汽车震动系统的频率响应函数的测定,在实际随机输入的路面上或在电液震动台上，给车轮0.530Hz范围的震动输入，记录车轴、车身、座垫上各测点的震动响应；然后由数据统计分析仪处理，按车轴/输入、车身/车轴、坐垫/车身可相应得到车轮、悬架、座垫各环节的频率响应函数。其幅频特性的峰值所在频率即为各环节的固有频率，峰值幅值可用于近似求出各环节的阻尼比,（4）实际路面随机输入行驶试验,此项试验是评定汽车平顺性的最主要试验。按照GB/T49701996汽车平顺性随机输入行驶试验方法进行。各种车辆因工作条件不相同、试验要求的路况、车速、传感器安装位置等也有所不同。平顺性随机输入试验主要以总加权加速度均方根值来评价。根据试验中记录的震动加速度时间历程，通过数据处理设备得到加速度功率谱密度，并可计算各1/3倍频程带宽中心频率的加速度均方根，进而可求得。这些评价指标随车速的变化曲线称为“车速特性”，可用于整个使用车速范围内全面地评价汽车平顺性。,（5）汽车驶过凸块或凹坑脉冲输入行驶试验,汽车行驶时偶尔会遇到凸块或凹坑，其冲击会影响汽车平顺性，严重时会损害人体健康，破坏运载的货物。此项试验按GB/49701996汽车平顺性单脉冲输入行驶试验方法进行，汽车以一定车速驶过规定尺寸的三角形凸块得到脉冲输入。评价指标用坐垫上和地板上加速度最大值或加权加速度最大值。,2.性试验数据的采集和处理,平顺性试验要采集各种震动与冲击信号，特别是大量随机震动信号，然后以计算机为主体，配以采样、模一数转换以及各种软硬件的数据处理系统，进行平顺性评价指标、频谱及频率响应函数的处理。,（1）测试仪器系统测试仪器系统包括加速度传感器、前置放大器和磁带记录仪或数据采集器。图6.5为测试仪器系统的框图。,测试仪器系统的频率范围应当不小于0.1300Hz，动态范围不小于60dB。传感器一般采用压电式加速度计。测量坐垫上的加速度时，要把传感器安装在一个半刚性的垫盘内，盘的最大厚度为12mm，盘的直径为20050mm。,为了保证记录信号的精度和适应以后处理，在测试时要满足以下要求：1）记录电平磁带记录仪一般有10mV左右的噪声电压，记录的信号电压保持在1V左右比较合适，这样可以保证信噪比在40dB以上。2）记录时间根据实测得到的有限长度记录，在数据处理设备上计算出的功率谱等参数只是所研究参数的估计值。以功率谱为例，其估计值波动的大小用标准化随机误差表示，它与分析带宽以及记录时间有关。,在工程上，一般满足0.2即可，当选择分析带宽=0.2Hz时，可以求出需要的记录时间T=125s。,（2）数据处理设备数据处理设备引进了快速傅里叶变换（FFT），采用相应的软件可以快速、精确地进行自谱、互谱、传递函数、相干函数和概率统计等各种数据处理。,6.2汽车的空气调节性能与居住性,空气调节性能与居住性都是影响汽车舒适性的重要因素。空气调节性能不好，会引起乘员胸闷、晕车等不适感觉，造成驾驶员反应迟钝，影响行车安全；居住性不好，会使乘员感到难以保持舒适的坐姿，驾驶员感到操作不便，易疲劳等。,6.2.1汽车的空气调节性能,汽车空气调节是指对车内空气质量进行调节，即不管车外的天气情况如何，将车内的温度、湿度和清洁度都保持在一定的舒适范围内。,1.人体对温度的感觉人体在不断地产生和散发热量，当两者取得平衡而维持体温36C时人就会感到舒适。人体对温度的感觉主要受环境温度、湿度和风速三项因素的影响。当环境温度一定时，若降低空气湿度，会使皮肤表面的汗加快蒸发，人便感觉到凉快。增大风速也有同样的效果。在1m/s的风速下，人会感觉比无风状态温度下降约1，若风速达到3m/s，会觉得温度下降约3。,2.舒适的温度范围人体感到舒适的环境温度随其工作内容、体质状况、性别、年龄和衣着等方面变化，还要受季节、昼夜等自然环境变化的影响。综合这些因素，冬季人体感到舒适的温度范围为1620，湿度为55%70%；夏季温度范围为1923，湿度60%75%。,3.对空气清洁度要求车厢内空气的洁净程度对舒适性要产生重要影响。由于车厢内乘员所拥有的空间有限，人所吸人的氧气80%变成二氧化碳排出，另外人体散发出的气味，燃油蒸汽、汽车废气、道路尘埃的渗入等，都会导致车内空气质量恶化，影响乘员健康。对车内空气清洁度的指标是按照车厢内二氧化碳的浓度来评定的，一般允许车内的二氧化碳浓度为0.5%，最好控制在0.1%以下。,4.空气调节,三大功能：换气调节温度和湿度净化空气,构成：通风装置暖气装置冷气装置空气净化装置,6.2.2汽车的居住性,汽车的居住性主要是指合理分配车内空间，布置适应各种人体特征的要求，使驾驶员和乘员经过长时间行驶而不感到疲劳。,1.乘员的居住性要使乘员长时间乘坐而不感到疲劳，就必须给乘员提供能够随意选择乘坐姿势的宽敞车内空间和舒适可靠的座椅。,2.驾驶员的居住性（1）各类操纵机构布置应合理，便于操作；（2）各类操纵机构的操作力要适度；（3）驾驶员座椅高度、前后位置能适度调整，以便使驾驶员能获得与各操纵机构相协调的位置和舒适的坐姿；（4）良好的视野，以便于获取道路状况、各种信号标志和周围汽车情况等必需的外部信息；（5）易于辨认的仪表和警示灯等，以便及时获取汽车各装置工作状况和行驶状况的信息等。,6.2.3汽车空气调节的性能试验,1.制冷系统的性能试验（1）试验条件试验车辆：应处于良好的技术状态，空调设备应能正常工作。装载条件：在用车可以空车进行试验，但车辆必需在日光下停车，门窗全开，使车内外温度平衡后方可进行以下试验。新车应乘坐不小于额定乘客数80%的乘客。气候条件：晴天少云，有日光直射，气温不低于30，风速小于5m/s。仪器设备：太阳辐射仪、多点温度计、压力表、风速风向仪、干湿球温度计、声级计、发动机转速表、坡度仪、微风测速仪、检漏仪、秒表、风速仪。所有仪器均应符合计量检定要求，并在有效检定期内。,（2）测量方法,风量、风速的测量关闭客车所有门窗，对于独立式空调装置，制冷装置开至最高挡，风机开到最高挡，对于非独立式空调装置，非独立式空调装置的压缩机转速稳定在1800100r/min，风机开到最高挡，所有可调风口处于最大出风位置，开机10min后在5min内记录所有风口的平均山风口风速并计算总出风量，可用带集风罩的风速仪或采用小的风速仪作多点测量，取其平均值，所有出风口的风速及各出风口的风速差须在规定范围内。,噪声的测量测量地应在无顶棚的空旷场地进行，在测量中心点25m半径范围内不应有较大的反射物，测量场地本底噪声不得大于65dB（A），关闭客车所有门窗，制冷装置开至最高挡，非独立式空调装置的压缩机转速稳定在最高1800100r/min，车外噪声测量中心点距压缩机组中心点5m，距车厢地板高度1m，测点与机组间除本车车身外应无其他遮挡物。车内噪声测量点：在压缩机组中心位置，地板上方1.2m处，及回风口中心，车厢地板上方1.2m处，以及客车纵向对称中心平面内，地板上方1.2m处，少于17座的客车选两点，大于17座的客车选3点。车内外各测点重复测量两次，记录每次测量的结果，取其平均值。,保温能力的测量测点位置：在用车降温试验时在车辆纵向轴线上距地面1.2m处设置前、中、后三点，前位置点距车辆前挡风玻璃1.5m处。中间位置点在车辆中部。尾部设在距后挡风玻璃（后舱板）1.5m处。全部关闭车辆门窗，开启空调机，并全部打开各出风口，独立式空调制冷装置开至最高挡，非独立式空调装置的压缩机转速稳定在最高1800100r/min，风机开最高挡，前10min，每隔2min记录一次，以后每隔5min记录一次车内各点及回风口温度，直至30min结束。,2.采暖系统的性能试验,（1）试验条件,试验车辆：试验车辆应处于良好的技术状态，采暖设备应能正常工作。装载条件：新车乘客不少于额定乘客数的80%，在用车可以空车进行试验。汽车必须露天停放，并且门窗全开，使车内外温度平衡。气候条件：环境温度为155，风速不得大于5m/s，晴天或阴天。,（2）测量方法,风量、风速的测量关闭客车所有门窗，暖风装置开最高挡（对于余热式暖风装置，发动机在额定转速下），开机10min后在5min内记录所有出风口的平均速度，并计算总出风量。噪声的测量客车停驶，关闭所有门窗，暖风装置开最高挡（余热式暖风装置，发动机在额定转速下），在暖风装置中心位置，地板上方1.2mm处，及客车纵向对称中心平面内，地板上方1.2mm处，少于17座的客车选二点，大于17座的客车选三点。重夏；测量两次，记录平均值。,升温能力的测量测量点布置及记录时间与制冷系统的性能试验的相同，仅将测点高度位置设为距车厢地板高度400m处。全关门窗，车速怠慢，独立式暖风装置开至最高挡，非独立式暖风装置将发动机转速处于1800r/min稳定状态，关闭除霜风口，暖风开最高风速挡。车内除测验人员外基本无人。,3.通风换气装置性能的测定,（1）通风换气量测定测点位置将换气扇风口划分为三个面积相等的同心圆环，每个圆环测四个点，这四点必须位于相互垂直的两条直径线与各圆环面积等分线的交点上。测量方法及数据处理在紧贴换气扇出风口的平面上