汽车行驶平顺性评价方法研究及仿真分析_穆国宝

1、设计·研究doi：10.3969/j.issn.1005-2550.2012.01.002汽车科技第1期2012年1月汽车行驶平顺性评价方法研究及仿真分析穆国宝1，何凯欣1，李家柱2（1.广州汽车集团乘用车有限公司，广州511400；2.合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）摘要：汽车平顺性是汽车NVH性能的评价指标之一。系统介绍了汽车行驶平顺性的客观评价方法，并结合某车型搭建整车行驶平顺性虚拟样机，进行了仿真分析评价。该方法可用于指导汽车行驶平顺性的改善以及悬架参数的优化。关键词：NVH；平顺性；虚拟样机；悬架中图分类号：U461.4文献标志码：A文章编号：1005-2

2、550（2012）01-0008-04ResearchandSimulationAnalysisontheEvaluationMethodofVehicleRideComfortMUGuo-bao1，HEKai-xin1，LIJia-zhu2（1.GuangzhouAutomobileGroupPassengerCarCo.，LTD，Guangzhou511400，China；2.SchoolofMachineryandAutomobileEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Abstract:Vehicleride

3、comfortisoneoftheevaluationindexesofvehicleNVHperformance.Thispapersummarizestheobjectiveevaluationprocessofvehicleridecomfortandbuiltupawholemulti-bodydynamicsvirtualmodeltoevaluatetheridecomfort.Thismethodcanbeusedtoimprovevehicleridecomfortandoptimizesuspensionparameters.Keyword：NVH；RideComfort；V

4、irtualMode；Suspension汽车平顺性是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性。研究汽车平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性1。座椅支承面rzz座椅靠背yzxyzrxyxry脚支承面1平顺性评价方法介绍人体本身就是一个复杂的振动系统，对振动图1人体坐姿受振模型向、作用时间2。乘用车开发过程中，平顺性分析主要考虑人体对路面车辆振动的反应，有两种评价方法：主观评价

5、和客观评价。主观评价是人对汽车平顺性最直接的评价方法，由试车人员对汽车振动的直观感受进行统计分析并评价，根据评价结果进行相应参数调整以提高汽车的平顺性；客观评价方法是以具体量值的概念对汽车平顺性进行评价，主要考虑车辆的隔振性能，以机械振动的物理量（如振幅、频率、加速度等）作为评价指标，通过测试传递到人体的振动量大小，确定影响人体舒适性的程的反应相当复杂，不仅取决于振动的强度，还与频率有关。不同的人、不同的姿势、不同的身体部位、不同的作用位置和方向，对振动的反应都会不同。在车辆行驶平顺性评价中，主要以人体坐姿受振模型（见图1）来展开讨论，同时将振动输入的属性概括为振动的幅值和频率、作用的位置和方

6、收稿日期：2011-10-10基金项目：国家“863”重大科技专项，轿车集成开发先进技术整车NVH控制技术（2006AA110101）资助。汽车行驶平顺性评价方法研究及仿真分析/穆国宝，何凯欣，李家柱设计·研究乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙度，以此评价汽车的平顺性。客观评价方法排除了人的个体差异，可以比较精确、合理地评价分析汽车的平顺性。wk（f）=0.5f/4112.5/f（0.5f2）（2f4）（4f12.5）（12.5f80）（0.5f2）（2f80）（）乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙2平顺性客观评价理论算法根据国际全身暴露振动评价标准（ISO2631-1：1997），规定了1

7、2个轴向振动分量（见表1）在0.580Hz频率范围内的加权函数及各轴向振动分量的加权函数。表1各轴向振动分量的加权系数值和频率加权函数定义位置坐标轴名称频率加权函数轴加权系数k乙乙1wf=乙8/fwd（f）=c12/f1we（f）=1/f（）乙0.5f1乙1f800.5f8乙8f80（3）（4）ISO2631-1：1997指出，椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数k=1，是12个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的加权系数均小于0.8。当评价振动对人体健康影响时，可考虑xs、ys、zs三个轴向，且xs、ys两个水平轴向的加权系数取k=1.4，比垂直轴向更敏感。参考GB/T4970-19

8、96汽车平顺性随机输入行驶试验方法考虑椅面xs、ys、zs振动，则三个轴向加速度的加权均方根值为：Aw=姨xwywzwxsys座椅支撑面wdwdwkwewewewcwdwdwkwkwk1.001.001.000.630.400.200.800.500.400.250.250.40zsrxryrzxb靠背ybzbxf（4）式中：axw为前后方向（即x轴向）加权速度均方根值，m/s2；ayw为左右方向（即y轴向）加权速度均方根值，m/s2；azw为垂直方向（即z轴向）加权速度均方根值，m/s2。Aw值对应表中的人的主观感受见表2。表2脚yfzfAw值对应表中的人的主观感受加权振级/dB人的主观感觉

9、没有不舒适有一些不舒适不舒适相当不舒适很不舒适极不舒适具体计算方法如下：（1）分别计算各轴向加权加速度均方根值aw（t）。对记录的加速度时间历程aw（t），通过响应的频率加权函数w（f）滤波器得到加权加速度时间历程加速度均方根值Aw/m·s-20.3150.3150.630.51.00.81.61.252.52.0110110116114120118124112118126aw（t），在整个振动分析时间T内，通过时域积分方法由式（1）计算出aw（t）的均方根值aw。law=乙a（t）dtT02w1（1）（2）根据随机过程理论法则，可知某一时域信号的均方根值等于其功率谱密度函数在整个频

10、率范围内积分的开方值。因此加权加速度均方根值aw可以由频域积分的方法求出。具体计算方法是：先对加速度时间历程a（t）进行谱分析，得到功率谱密度函数33.1平顺性仿真分析实例整车仿真模型建立整车平顺性仿真分析模型首先需要在Ga（f），再根据式（2）计算出频率加权后的加速度均方根值aw。aw=ADAMS/CAR环境中建立前/后悬架、转向系统、轮胎系统、车身系统、动力总成系统、路面等子系统模型（涉及参数为广汽乘用车某车型）；然后在一定的testrig基础上，通过各个子系统之间的乙乙w（f）G（f）df8020.5a1（2）（3）式（1）与式（2）计算结果相同，其中，各轴向频率加权函数w（f）可用公式

11、近似表示为：communicators相互连接而成。同时对所建立的整车模型进行如下说明3：9·设计·研究（1）将人椅模型简化为一个刚体，考虑座椅在三个方向上的移动则通过橡胶衬套与车身连接。（2）车身简化为刚体，将车内的电子液压等系统简化，主要考虑动力学性能。（3）悬架减振器、弹簧以及橡胶衬套等的数据由实测得来。经过一定的简化，汽车整车的动力学模型见图2。汽车科技第1期2012年1月通过分析得出，在B级路面上以60km/h行驶时，驾驶员座椅处X、Y、Z方向加速度时域曲线及其功率谱密度曲线，其余的工况分析步骤相同。由图5图7的功率谱密度谱中可以看出，在1.5625Hz处，X、Y

12、、Z方向都有峰值出现。由于路面的功率谱密度与车速以及路面不平度有关，经过对车身振动的研究可得出12Hz是车身固有频率范围，1.5625Hz正好处于这个范围内，而座椅在X、Y、Z三个方向上的固有频率也基本在12Hz这个范围内，由此推断是车身振动激发了座椅的振动。300250200150100500-50-100-150Acceleration（mm/sec*2）图2整车仿真模型3.2平顺性仿真分析及评价依据GB/T4970-1996汽车平顺性随机输入行驶试验方法对汽车进行平顺性仿真分析，采用B、C两级路面进行仿真，仿真车速挑选40km/h、50km/h、012时间/s345动情况4，5。计算驾驶

13、员座椅支撑面上的X、Y、Z向加速度，X、Y向频率加权函数相同，如图3、图4所示。各轴向频率加权函数w（f）可用公式近似表示为式（5）、式（6）。10.90.80.70.60.50.40.30.20.100X_Ymm*2/Hz-sec*r60km/h和70km/h四种工况，考查驾驶员座椅处振10000900080007000600050004000300020001000001020304050频率/Hz60708090100图5驾驶员座椅X方向加速度时域曲线及其功率谱密度曲线Acceleration（mm/sec）*250-5-10-1512451020304050Hz60708090100图

14、310.90.80.70.60.50.40.30.20.100X、Y向频率加权函数平方曲线Zmm*2/Hz-sec*44540353025201510500时间/s1020304050频率/Hz607080901001020304050Hz60708090100图6驾驶员座椅Y方向加速度时域曲线及其功率谱密度曲线图4Z向频率加权函数平方曲线汽车行驶平顺性评价方法研究及仿真分析/穆国宝，何凯欣，李家柱设计·研究200010000-1000-20001020时间/s性。表3路面模型车速/·kmh-1整车平顺性仿真结果Y方向0.00260.00330.00340.00370.00

15、960.01080.01580.0163Z方向加权均方根值m/s2舒适度x方向0.06000.05760.07660.07880.10590.12380.17190.1739304050B级路面4050607040C级路面0.21240.2284没有不适0.33000.3398有些不适0.39800.4123有些不适0.52840.5399有些不适0.45890.4824有些不适0.56530.5915有些不适0.75670.7944不舒适8.0E+0057.0E+0056.0E+0055.0E+0054.0E+0053.0E+0052.0E+0051.0E+00500506070102030

16、405060频率/Hz7080901001.00581.0351相当不适图7驾驶员座椅Z方向加速度时域曲线及其功率谱密度曲线应用式（4）对座椅处三个方向的加速度值进行频率加权，并求均方根值，得到表3的各个工况下的仿真结果及评价结果。由表3可以看出，汽车行驶的速度对驾驶员的舒适性影响比较明显，速度越大则舒适性越差；同样，对于不同的路面在相同车速下加速度的加权均方根值相差也比较大，路面越差，加权均方根值越大，舒适性越差6。由于采用的路面Z向变化相对Y向变化明显，所以Y向的加速度明显小于Z向的加速度值。而在4结论本文总结了汽车平顺性的分析评价方法，并应用仿真分析软件进行实例分析。通过分析得知该车的行

17、驶平顺性需要进一步改善，由于车身结构已基本确定，后续将对悬架弹簧、减震器等元件进行调整匹配7。参考文献：1余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社。2005：170-206.2喻凡.车辆动力学及其控制M.北京:人民交通出版社，X方向上，由于路面不平度的影响，虽然力求汽车保持一定的速度，但是路面不平度使汽车的车速产生变化，X方向的加速度是路面和控制中尽量保持车速两者共同作用的结果。表3中的数值表明汽车在舒适性方面还有很大的改进空间。影响整车舒适性的因素很多，仿真中只考虑了路面激励，而路面激励通过轮胎、悬架直接作用于车身。由所得仿真结果可以看出该车悬架系统的隔振性能并不理想，在B级路面以及C级路面的大多工况下均有不同程度的不舒适感，有必要采取措施改善该车的行驶平顺2