汽车理论 余志生 第六章

1、Ride performance第六章第六章 汽车的平顺性汽车的平顺性 1. 汽车行驶平顺性汽车行驶平顺性 指汽车不因车体振动而使乘客感到不指汽车不因车体振动而使乘客感到不适或货物不因振动而受损的性能。适或货物不因振动而受损的性能。 2. 汽车行驶平顺性的研究对象汽车行驶平顺性的研究对象：“路面一汽路面一汽车一人（货物）车一人（货物）”构成的系统。路面特性是系统构成的系统。路面特性是系统的输入，人（货物）对汽车振动的反应是系统的的输入，人（货物）对汽车振动的反应是系统的输出。输出。 3. 研究平顺性的主要目的研究平顺性的主要目的就是控制汽车振动就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的系统的动态

2、特性，使振动的“输出输出”在给定工况在给定工况的的“输入输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。适性。 4. 汽车的平顺性的研究主要是保持汽车在行驶过程中产生的汽车的平顺性的研究主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺平顺性主要性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于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，它是现代载货汽车还包括保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。高速汽车的主要性能之一。第一节第一节 人体对振动的

3、反应和平人体对振动的反应和平顺性的评价顺性的评价 一、人体对振动的反应一、人体对振动的反应1.人体坐姿受振模型人体坐姿受振模型 ISO2631-1：1997（E）标准能与主观感）标准能与主观感觉更好地符合。在平顺性评价时它考虑座椅支承觉更好地符合。在平顺性评价时它考虑座椅支承面处输入点面处输入点3个方向的线振动和该点三个方向的角个方向的线振动和该点三个方向的角振动以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各振动以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各3个方个方向的线振动，共向的线振动，共3个输入点个输入点12个轴向的振动。个轴向的振动。 椅面输入点三个线振动椅面输入点三个线振动xs、ys、zs是是12个轴向中

4、个轴向中人体最敏感的人体最敏感的。 ISO2631-1：1997（E）标准）标准规定，当评价振动对人体健康的影响时，规定，当评价振动对人体健康的影响时，就考虑这三个轴向，两个水平轴向比垂就考虑这三个轴向，两个水平轴向比垂直轴向更敏感。标准还规定靠背水平轴直轴向更敏感。标准还规定靠背水平轴向向xb，yb可以由椅面可以由椅面xs、ys水平轴向水平轴向代替，此时轴加权系数取代替，此时轴加权系数取k1.4. 我国在修订的相应标准我国在修订的相应标准CBT49701996汽车平顺性随机输汽车平顺性随机输入行驶试验方法入行驶试验方法时，评价机车平顺性时，评价机车平顺性就考虑椅面就考虑椅面xs、ys、zs这

5、三个轴向。这三个轴向。 2.振动的传递途径振动的传递途径 （1）振动的激励源振动的激励源 振动的发生源主要振动的发生源主要有凹凸不平的路面，不平衡轮胎的旋转，不平衡传动轴的旋有凹凸不平的路面，不平衡轮胎的旋转，不平衡传动轴的旋转以及发动机的扭矩变化等。转以及发动机的扭矩变化等。 这些因素引起的振动这些因素引起的振动大多与车速大多与车速相关，尤其是凹凸不平路面引起的振动，相关，尤其是凹凸不平路面引起的振动，随着车速的变化，振动的频率和强弱会随着车速的变化，振动的频率和强弱会产生相应的变化。产生相应的变化。（2） 振动的传递途径振动的传递途径 因路面、轮胎产生的振动因路面、轮胎产生的振动，先传到悬

6、架，受悬架先传到悬架，受悬架自身的振动特性影响后再传给车身，通过车身传到乘客的脚部。同时通自身的振动特性影响后再传给车身，通过车身传到乘客的脚部。同时通过座椅传给乘客的臀部和背部，还通过转向系，以转向盘抖动的形式传过座椅传给乘客的臀部和背部，还通过转向系，以转向盘抖动的形式传到驾驶员手部。到驾驶员手部。 因发动机、传动系产生的振动，因发动机、传动系产生的振动，通过支承发动通过支承发动机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经衰减后传给车身，再经上述途径机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经衰减后传给车身，再经上述途径传至人体各个部位。传至人体各个部位。 任何一个任何一个“振动系统振动系统”均有一个均有一个

7、“固有固有频率频率”。当外界激振信号的。当外界激振信号的频率频率接近或等于接近或等于“固有频率固有频率”时，将出现时，将出现“共振共振”现象，产生现象，产生剧烈剧烈的振动。的振动。 3.人体对振动的反应人体对振动的反应 是一个复杂的生理学和心理学过程。是一个复杂的生理学和心理学过程。有有四个基本物理因素决定人体的振动反应。四个基本物理因素决定人体的振动反应。 l）振动方向）振动方向 不同方向的振动，人体所能忍受的振动强度不同。不同方向的振动，人体所能忍受的振动强度不同。 2）振动频率）振动频率 人体对同一方向各种频率的振动反应，存在着某一最敏感的频率范人体对同一方向各种频率的振动反应，存在着某

8、一最敏感的频率范围。在该频带内，人体极易疲乏，不舒适甚至危及健康。这时，人体忍受振动的能力最低。振动方向不同，围。在该频带内，人体极易疲乏，不舒适甚至危及健康。这时，人体忍受振动的能力最低。振动方向不同，人体的敏感频带也不同。人体的敏感频带也不同。 3）振动强度）振动强度 振动对人体作用的强弱程度可以用振动参量振动对人体作用的强弱程度可以用振动参量振振幅、速度及加速度来表示。幅、速度及加速度来表示。 多数采用汽车传给人体的加速度值作为衡量振动对人体作用强弱的参数。多数采用汽车传给人体的加速度值作为衡量振动对人体作用强弱的参数。 4）承受时间（又称暴露时间）承受时间（又称暴露时间） 人体对振动的

9、感觉与人体人体对振动的感觉与人体承受振动的时间长短有关。处在持续振动环境的时间越长，人体的忍受能力越承受振动的时间长短有关。处在持续振动环境的时间越长，人体的忍受能力越低。处在断续振动的人体，生理上能够得到某种程度的恢复，缓和了振动对人低。处在断续振动的人体，生理上能够得到某种程度的恢复，缓和了振动对人体的影响，忍受能力有所增强。体的影响，忍受能力有所增强。 4. 机械振动对人体的影响，取决于机械振动对人体的影响，取决于振动的频率振动的频率、强度强度、作用方向作用方向和和持续时间持续时间，而且每个人的，而且每个人的心理与身心理与身体素质体素质不同，对不同，对振动的敏感程度有很大差异振动的敏感程

10、度有很大差异。 人体对人体对振动最敏感的频率在垂直方向，振动最敏感的频率在垂直方向，是是48Hz，因此降低悬挂质量（车身）因此降低悬挂质量（车身）的固有振动频率到的固有振动频率到4 Hz4 Hz以下时，低于人体以下时，低于人体的敏感频率，可提高汽车的舒适性。另一的敏感频率，可提高汽车的舒适性。另一方面，方面，人体所能承受的振动加速度也有一人体所能承受的振动加速度也有一定的限度（一般为定的限度（一般为0.20.3g），若能降，若能降低悬挂质量（车身）的振动加速度，或使低悬挂质量（车身）的振动加速度，或使悬挂质量（车身）和非悬挂质量（车轮、悬挂质量（车身）和非悬挂质量（车轮、车轴等）之间不发生共振

11、，同样提高了汽车轴等）之间不发生共振，同样提高了汽车的舒适性。车的舒适性。载货汽车车厢的振动加速度载货汽车车厢的振动加速度也应低于一定的极限值（一般为也应低于一定的极限值（一般为0.60.7g），以保证运输货物的完整性。），以保证运输货物的完整性。 二、平顺性的评价方法二、平顺性的评价方法 （1）峰值系数峰值系数 是加权加速度时间历程的峰值与加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。权加速度均方根值的比值。 （2）平顺性的评价方法有）平顺性的评价方法有两种两种： 1）基本评价方法基本评价方法 用加权加速度均方根值来评价用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。当振动波

12、形峰值系数振动对人体舒适和健康的影响。当振动波形峰值系数9时采用。时采用。 2）辅助评价方法辅助评价方法 用均用均4次方根值的方法来评价振次方根值的方法来评价振动对人体舒适和健康的影响。当振动波形峰值系数动对人体舒适和健康的影响。当振动波形峰值系数9时采用。时采用。 辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。的影响。 三、路面不平度的统计特性三、路面不平度的统计特性 1.路面不平度由三部分组成路面不平度由三部分组成： 1）超低频成分超低频成分 整段路面上存在着的波长远大于整段路面上存在着的波长

13、远大于 轴距的起伏波形。轴距的起伏波形。 2）中低频成分中低频成分 整段路面上存在着的、宏观上可整段路面上存在着的、宏观上可察觉的、波长及幅值较大的路面凹凸不平。察觉的、波长及幅值较大的路面凹凸不平。 这是引起汽车振动的主要频率成分，这是引起汽车振动的主要频率成分，称为主频带。称为主频带。 3）高频成分高频成分 不易察觉的、波长很短、幅值很小的不易察觉的、波长很短、幅值很小的路面不平度部分。路面不平度部分。 2.路面不平度函数路面不平度函数 路面相对基准面的高路面相对基准面的高 度与沿道路走向长度的变化关系函数。度与沿道路走向长度的变化关系函数。3. 作为车辆振动输入的路面不平度，作为车辆振动

14、输入的路面不平度，主要主要采用路面功率谱密度描述其统计特性采用路面功率谱密度描述其统计特性。4.国际标准化组织和我国国标国际标准化组织和我国国标根据路面的根据路面的功率普密度功率普密度将路面不平程度将路面不平程度分为分为8级级。 四、汽车振动系统的简化四、汽车振动系统的简化 1.如果把悬架支撑的质量如果把悬架支撑的质量看成一个刚性整体看成一个刚性整体，并，并建建立固结于地面的坐标系统立固结于地面的坐标系统，车身车身振动的形式有：振动的形式有： 垂直振动垂直振动 沿与地面垂直的沿与地面垂直的z轴方向的线振动。轴方向的线振动。 纵向振动纵向振动 沿与汽车纵轴一致的沿与汽车纵轴一致的x轴方向的线振动

15、。轴方向的线振动。 横向振动横向振动 沿与汽车横轴一致的沿与汽车横轴一致的y轴方向的线振动。轴方向的线振动。 纵向角振动纵向角振动 绕绕y轴的角振动，又称仰俯振动。轴的角振动，又称仰俯振动。 横向角振动横向角振动 绕绕x轴的角振动，又称侧倾振动。轴的角振动，又称侧倾振动。 偏转角振动偏转角振动 绕绕z轴的角振动。轴的角振动。 这六种振动中，对这六种振动中，对人体影响最大的有三种：垂直振动、人体影响最大的有三种：垂直振动、横向角振动和纵向角振动。横向角振动和纵向角振动。 横向角振动横向角振动不仅影响汽车的平顺性，而且影响汽车的不仅影响汽车的平顺性，而且影响汽车的操纵性和稳定性。操纵性和稳定性。 2. 汽车振动系统的简化模型汽车振动系统的简化模型 依据简化条件的不同可把四轮汽车依据简化条件的不同可把四轮汽车简化为：简化为：立体振动模型立体振动模型、平面振动模型平面振动模型和单质量系统模型。和单质量系统模型。 车身单质量系统模型：车身单质量系统模型：它由它由车身质量车身质量m m2 2和弹簧和弹簧刚度为刚度为K K、减振器阻力系数为、减振器阻力系数为C C的悬架组成的悬架组成。q是输是输入的路面不平度函数。入的路面不平度函数。 第二节第二节 影响驶平顺性的因素影响驶平顺性的因素 1.汽车汽车结构因素结构因素对行驶平顺性的影响对行驶平