汽車舒適性【蒼松書苑】

1、第六章 汽車舒適性摘要隨著人們生活水平的提高，人們對汽車性能的要求除在動力性、經(jīng)濟性、安全性方面之外，在車輛的舒適性、可靠性、耐久性和安全性等方面的要求也越來越高。良好的駕駛操作性能、舒適的駕乘環(huán)境、低振動和低噪聲漸漸成為現(xiàn)代汽車的重要標志。同時，從提高工作效率和降低事故發(fā)生率的要求出發(fā)，汽車的乘坐及工作環(huán)境必須具有一定的舒適性。為提高汽車的舒適性，本章主要從汽車平順性、汽車空氣調(diào)節(jié)性能、汽車乘坐環(huán)境和駕駛操作性能四個方面進行了具體分析，并針對每一方面都提出了具體的評價指標，影響因素及實驗方法。引言汽車舒適性是指為乘員提供舒適、愉快的乘坐環(huán)境、貨物的安全運輸和方便安全的操作條件的性能。汽車舒適

2、性包括：汽車平順性、汽車噪聲、汽車空氣調(diào)節(jié)性能、汽車乘坐環(huán)境及駕駛操作性能等；它是現(xiàn)代高速、高效率汽車的一個主要性能。汽車平順性就是保持汽車在行駛過程中乘員所處的振動環(huán)境具有一定舒適度的性能。 對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能。汽車行駛時，由于路面不平等因素激起汽車的振動。振動影響人的舒適、工作效率和身體健康，并影響所運貨物的完好；振動還在汽車上產(chǎn)生動載荷，加速零件磨損，導(dǎo)致疲勞失效。因此，減少汽車振動是汽車平順性研究的主要問題。汽車空氣調(diào)節(jié)性能是指對車內(nèi)空氣的溫度、濕度和粉塵濃度實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)，使車室內(nèi)空氣經(jīng)常保持使乘員舒適的狀態(tài)。汽車空調(diào)是改善工作條件、提高工作效率的重要手段。汽車乘坐環(huán)

3、境及駕駛操作性能是指乘坐空間大小、座椅及操縱件的布置、車內(nèi)裝飾、儀表信號設(shè)備的易辨認性等。隨著現(xiàn)代文明進程，汽車越來越多地介入了社會的各個方面，成為與人們工作和生活緊密相關(guān)的、大眾化的產(chǎn)品，汽車作為“活動房間”的功能日趨完善。與汽車其它性能不同，汽車舒適性各方面的評價都與人體主觀感覺直接相關(guān)。本章將結(jié)合汽車人體工程學研究成果，適當介紹必要的相關(guān)知識以期幫助大家樹立“人車環(huán)境”系統(tǒng)研究新概念。第一節(jié) 汽車平順性一、 人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價機械振動對人體的影響，既取決于振動頻率與強度、振動作用方向和暴露時間，也取決于人的心理、生理狀態(tài)、而且心理品質(zhì)和身體素質(zhì)不同的人，對振動敏感程度有很大差

4、異：因此，人體對振動作用的反應(yīng)是一個十分復(fù)雜的過程。為了評價振動對人體的影響，在振動心理學試驗中，一般是將人對振動的感受分為數(shù)個不同的感覺等級，如: “無感覺”、“稍有感覺”、“感覺”、“強烈感覺”、“非常強烈感覺“等。取某一頻率的正弦振動作為基準。其振動加速度有效值和振動持續(xù)時間是一定的，并規(guī)定在此條件下的人體承受振動的感覺。然后，在相同持續(xù)對間下，改變振動頻率和振動加速度有效值，與基準振動比較，當感覺相同時，記錄振動頻率與振動有效值。如果把產(chǎn)生同樣感覺的備點連接起來，即可繪制出人體對振動反應(yīng)的等感度曲線。20世紀70年代，國際標準化組織(ISO)在綜合大量有關(guān)人體全身振動的研究成果的基礎(chǔ)上

5、，制定了國際標準ISO 26314人體承受全身振動的評價指南。目前許多國家參照ISO 263l4來制定汽車平順性的評價方法。圖6-1 車廂地板垂直加速度時間歷程1隨機振動有關(guān)概念 圖61 是汽車車廂地板上測得的振動加速度波形?？梢钥闯觯駝蛹铀俣入S時間的變化是不確定的。這種隨時間變化的不規(guī)則振動叫隨機振動。隨機振動的規(guī)律不能用簡單函數(shù)或簡單函數(shù)的組合來表示，只能用概率和統(tǒng)計的方法來描述其內(nèi)在特性。 (1)加速度均方值 加速度均方值是加速度瞬時值的平方對時間域求平均值。其數(shù)學表達式為： （6-1）均方值有平均功率的含義，它是與平均功率成比例的表征振動強度的一個物理量。(2)加速度均方根值 將均方

6、值開方后得到均方根值。加速度均方根值 的數(shù)學表達式為： (6-2)加速度均方根值通常亦稱為加速度有效值。(3)功率譜密度 隨機振動的時間歷程是由無限多個頻率、相位、強度各不相同的諧振疊加而成的。將隨機過程時間域上的一些數(shù)字特征轉(zhuǎn)化為頻率域上的數(shù)字特征來表示，并進行分析，研究振動能量隨頻率的分布情況，稱為頻譜分析。隨機過程在頻率域上常用功率譜密度來描述。其數(shù)學定義為： （6-3）式中 在頻率間隔內(nèi)的分量； 頻率； 頻帶寬度。圖6-2連續(xù)的功率譜密度實際測量分析中，時間t不可能無限長，頻帶寬度也不可能無限窄。通常只能取有限時間和帶寬。故： （6-4）由式(64)知，表示頻率間隔內(nèi)均方值密度。由于均

7、方值有平均功率含義，所以稱為曲線功率譜密度，其單位為(ms)/Hz。功率譜密度是隨機過程最重要的特征之一。如果知道了功率譜密度曲線(見圖62)， 則曲線與軸所圍的總面積就是振動的均方值或平均能量。對某一頻率范圍內(nèi)的均方值可按下式計算： （6-5）2ISO 2631標準ISO 2631標準用加速度均方根值 給出了在l80Hz振動頻率范圍內(nèi)人體對振動反應(yīng)的三個不同界限。 暴露極限。當人體承受的振動強度在這個極限之內(nèi)，將保持健康或安全。通常把此極限作為人體可以承受振動量的上限。 疲勞工效降低界限。這個界限與保持工作效能有關(guān)。當駕駛員承受的振動強度在此界限之內(nèi)時，能準確靈敏地反應(yīng)，正常地進行駕駛。 舒

8、適降低界限。此界限與保持舒適有關(guān)，在這個界限之內(nèi)，人體對所暴露的振動環(huán)境主觀感覺良好，能順利完成聽、讀、寫等動作。圖63是ISO 2631給出的用雙對數(shù)坐標繪制的“疲勞一工效降低界限”。另外兩個不同反應(yīng)界限的振動允許值隨頻率變化趨勢與圖63曲線形狀完全相同，只是振動的允許值不同?！氨┞稑O限”的值為“疲勞一工效降低界限”的2倍，“舒適降低界限”為“疲勞一工效降低界限”的13.15倍。從振動心理學角度來看，這三個反應(yīng)界限相當于人體對振動的感覺的三個等級，三個界限曲線實際上就是三種等感度曲線。圖6-3 疲勞工效降低界限（1） （ISO）圖63的縱坐標用振動加速度均方根值代表振動強度，橫坐標為振動頻率

9、，用1/3倍頻帶中心頻率表示。有關(guān)1/3倍頻帶的概念可參見本章第二節(jié)中的有關(guān)內(nèi)容。實線曲線和虛線曲線分別表示垂直方向和水平方向振動時的“疲勞工效降低界限”。曲線上的任一點代表了“疲勞工效降低”的一個時間限值，如4h曲線上的一點，表示對應(yīng)于該振動頻率時的振動加速度均方根值若等于或稍小于該限位時，將容許人體暴露在此振動下4小時而不會出現(xiàn)疲勞和工效降低。由圖63可以看出，“疲勞工效降低界限”的振動加速度允許值的大小與振動頻率、振動作用方向和暴露時間這三個因素有關(guān)，下面分別加以討論。 振動頻率。從圖63可以看出人體承受全身振動時，有一個最敏感的頻率范圍。對于垂直振動，最敏感的頻率范圍為48Hz，而對于

10、水平振動，最敏感的頻率范圍為12Hz。振動作用方向。從圖63可以看出，垂直振動與水平振動的“疲勞一工效降低界限”是不一樣的。在同一暴露時間下，頻率在3.15Hz以下時易感受到水平振動，高于此頻率時，對垂直振動更敏感，達到8Hz以上的頻率范圍時，垂直振動允許值只是水平振動允許值的1/2.8。比較各自最敏感頻率范圍內(nèi)同一暴露時間的振動允許值，垂直方向卻是水平方向的1.4倍。暴露時間。人體達到一定反應(yīng)的界限，如“疲勞”、“不舒適”等，都是由人體感覺到的振動強度大小和暴露時間長短二者綜合的結(jié)果。它們之間的關(guān)系可由圖63看出，在一定頻率下，隨暴露時間加長，“疲勞一工效降低界限”曲線向下平移，即振動加速度

11、允許值減小。3平順性評價方法(1) 1/3倍頻帶分別評價法用這個方法評價時，首先將傳至人體的振動加速度進行頻譜分析，得到功率譜密度，再按式(65)求出各1/3倍頻帶內(nèi)傳至人體的振動加速度均方根值分量： （66）式中和分別是各1/3倍頻帶的上、下限截止頻率，其確定方法參見本章第二節(jié)有關(guān)內(nèi)容。 1/3倍頻帶分別評價法認為,同時有許多個1/3倍頻帶都有振動能量作用于人體時，各頻帶振動的作用無明顯聯(lián)系，對人體產(chǎn)生影響的，主要是由人體感覺的振動強度最大的一個1/3倍頻帶所造成。具體評價方法是直接將某一振動方向上的各加速度均方值標在“疲勞一工效降低界限”的圖上，找出某個確定的最短的暴露時間TFD，也可以用

12、查表方法確定丁TFD。 用這種方法評價時，要改善汽車平順性就得減小某個感覺特別的值，希望振動能量按頻率分布不要過于集中，尤其在人體敏感的頻帶內(nèi)不要有突出的尖峰。(2)總加速度加權(quán)均方根值評價法這種方法是用頻率加權(quán)因子，將人體敏感的頻率范圍以外的各頻帶振動加速度均方根值折算為等效于人體敏感頻率范圍內(nèi)的振動加速度均方根值后，再求出總加速度加權(quán)均方根值。即 （6-7）式中 第個1/3倍頻率帶的中心頻率，Hz。垂直方向 =水平方向 =w()頻率加權(quán)函數(shù)，并且：在180Hz范圍內(nèi)，共有20個1/3頻帶，所以i1,2,20。ISO2631/1給出與允許的“疲勞工效降低界限”暴露時間TFD之間的對應(yīng)關(guān)系，可

13、直接用作平順性評價。請參見文獻1。若要同時考慮三個方向的振動對人體的影響，常采用將三個方向的總加速度加權(quán)均方根值進一步加權(quán)的方法，求得聯(lián)合加速度加權(quán)均方根值。 （6-8）上述兩種評價方法，1/3倍頻帶評價是ISO2631標準的基礎(chǔ)，它可以根據(jù)人對不同頻率振動的敏感性較精確地評價振動激勵。總加速度加權(quán)均方根值評價可以全面地評價振動激勵的強度。(3) 吸收功率評價“吸收功率”概念認為人體是一彈性體，在輸入力為0314N，人體變形為010.16mm時，人體是一線性系統(tǒng)。當人體承受振動時，振動能量被人體吸收并沿全身傳遞，這一振動能量隨時間的變化率稱為吸收功率。人體系統(tǒng)吸收的功率越大，所受到的干擾就越大

14、，就會感到愈不舒適。按照功率的概念，吸收功率為： （6-9）式中 振動輸入點上的作用力振動輸入點上沿作用力方向的速度 式（69）是時間域內(nèi)確定的方法。對于頻率域，按下式計算： （6-10）式中 第個頻帶的輸入加速度自譜值； 考慮人體特性的頻率函數(shù)，不同振動方向有不同值，其確定方法請參閱GB497085汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法 人體受到機械振動的總干擾是所有方位上各個頻率吸收功率的總和。吸收功率評價方法有明顯的物理意義，且各方位的振動具有可累加性，并可用一個數(shù)值評價受振動強度。但是，目前尚未提出允許的吸收功率忍受界限值。另外，人對振動的反應(yīng)并不簡單取決于機械的動力作用，還包括復(fù)雜的生理和心

15、理影響。所以，吸收功率目前主要作為一項輔助性評價指標，用它可作同類型車輛之間的比較。二、汽車振動 1汽車振動系統(tǒng)的簡化立體模型圖6-5 雙軸汽車簡化的平面模型汽車是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)究所分析的問題進行簡化。圖64是一個將汽車車身質(zhì)量車的懸掛質(zhì)量為m2，它由車身、車架及其上的總成所構(gòu)成。該質(zhì)量繞通過質(zhì)心的橫軸y的轉(zhuǎn)動慣量為Iy，懸掛質(zhì)量通過減振器和懸架彈簧與車軸、車輪相連接。車輪、車軸構(gòu)成的非懸掛質(zhì)量為m1。車輪再經(jīng)過具有一定彈性和阻尼的輪胎支承在不平的路面上。這一立體模型，車身質(zhì)量在討論平順性時主要考慮垂直、俯仰、側(cè)傾3個自由度，4個車輪質(zhì)量有4個垂直自由度，共7個自由度。當汽車對稱于

16、其縱軸線且左、右車轍不平度近似相等時，可暫不考慮車身側(cè)傾振動。汽車振動系統(tǒng)就可簡化為圖65所示的4個自由度的平面模型。這時車身只有垂直振動Z和俯仰振動。，而這兩個自由度的振動對乎順性的影響最大。在這個模型中。又因輪胎阻尼較小而予以忽略，同時把質(zhì)量為m2、轉(zhuǎn)動慣量為Iy的車身按動力學等效的條件分解為m2f,m2r,m2c。這三個質(zhì)量由無質(zhì)量的剛性桿連接，它們的大小由下述三個條件決定。(1)總質(zhì)量保持不變 （6-11） (2)質(zhì)心位置不變0 （6-12） (3)轉(zhuǎn)動慣量的值保持不變 （6-13）式中 繞橫軸的回轉(zhuǎn)半徑； ，車身質(zhì)量部分的質(zhì)心至前、后軸的距離。 由上式（6-11）、（6-12）、（6

17、-13）得出三個集中質(zhì)量的值為： (6-14) 式中 軸距通常，令并稱為懸掛質(zhì)量分配系數(shù)。由式(614)知，當1對，聯(lián)系質(zhì)量0，前、后軸上方車身部分的集中質(zhì)量，的垂直方向運動是相互獨立的。也就是說，在1圖6-6 車身單質(zhì)量系統(tǒng)模型的情況下，質(zhì)量m2f的振動不引起質(zhì)量m2r的振動，反之亦然。 根據(jù)統(tǒng)計，大部分汽車=0.81.2。由于汽車平順性的需要，現(xiàn)代汽車質(zhì)量分配系數(shù)1。因此，可以分別討論圖65上的m2f和前輪軸以及m2r和后輪軸所構(gòu)成的兩個雙質(zhì)量系統(tǒng)的振動。汽車非懸掛質(zhì)量只是懸掛質(zhì)量的幾分之一，而且輪胎的剛度比懸架的剛度大得多。因此，非懸掛質(zhì)量的振動對車身振動的影響較小，可將其忽略，得到圖6

18、6所示的分析車身垂直振動的最簡單的單質(zhì)量系統(tǒng)。 2單質(zhì)量系統(tǒng)的自由振動在圖66中， m2為車身質(zhì)量，K為彈簧剛度，C為減損器阻力系數(shù)，q是輸入的路面不平度函數(shù)。車身垂直位移坐標的原點取在靜力平衡位置。根據(jù)牛頓第二定律，得到描述系統(tǒng)運動的微分方程： （6-15）此方程的解由自由振動齊次方程的解與非齊次方程特解之和組成。令；，則齊次方程為： （6-16）稱為系統(tǒng)固有圓頻率，而阻尼對運動的影響取決于n與的比值，稱為阻尼比。圖6-7 衰減振動曲線 (6-17)汽車懸架系統(tǒng)阻尼比屬于小阻尼，微分方程（616）的解為： （6-18）這個解說明，有阻尼自由振動時，質(zhì)量m2以有阻尼固有頻率振動，其振幅按衰減，

19、由圖67所示。阻尼比對衰減振動有兩方面影響。(1)對有阻尼固有頻率的影響。 (619)由式(619)知，增大， 下降。當1時，=0，此時運動失去振蕩特征。汽車懸架系統(tǒng)阻尼比在0.25左右，比只下降3左右，在工程上近似認為，單位為。 （6-20）（2）對振幅衰減程度的影響圖67上兩個相鄰的振幅與之比稱為減幅系數(shù)，以表示 （621）可以由實測的衰減振動曲線得到減幅系數(shù)，再由下式求出阻尼比。 （622） 3單質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性對于單質(zhì)量系統(tǒng)運動微分方程(615)，其通解部分由于阻尼作用隨時間減小，穩(wěn)態(tài)條件下系統(tǒng)的響應(yīng)由特解確定，它取決于激勵和系統(tǒng)的頻率響應(yīng)持性。 為了描述線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，

20、通常把系統(tǒng)的輸出 z(t)和輸入 q(t)的傅里葉變換Z()與Q()的比值或用輸出、輸入諧量復(fù)振幅 和 的比值定義為該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，記為。 （623）通常為復(fù)數(shù)形式，可以將其表示成 e （624）式中 ，稱為幅頻特性，它是輸出量與輸入量在某頻率成分下的幅值比； 稱為相頻特性，是輸出量與輸入量在某頻率成分下的相位差。 式（623）表示的是輸出位移與輸出位移之間的頻響函數(shù)。對于輸出輸入量為速度或加速度時，根據(jù)頻響函數(shù)定義和傅里葉變換運算性質(zhì)，可得到各頻響函數(shù)間的相互關(guān)系。 （625） （626）僅舉兩例，其他可同理推得。 對式(615)進行傅里葉變換可推得單質(zhì)量系統(tǒng)的頻響函數(shù)。 （627）此

21、式的模即為幅頻特性。 （628）式中 ，為頻率比圖6-8 單質(zhì)量系統(tǒng)的幅頻特性圖68是式（628）表示的幅頻特性曲線，由圖可知（1）低頻段。略大于1，不呈現(xiàn)明顯的動態(tài)特性，阻尼比對這一段影響不大。(2)共振段。出現(xiàn)峰值，將輸入量放大，加大阻尼比可使共振峰明顯下降。(3)高頻段。在時，1，與無關(guān)。在，1對輸入量起衰減作用，阻尼比減小對減振有利。4單質(zhì)量系統(tǒng)對路面隨機輸入的響應(yīng) 車身加速度 是評價汽車平順性的主要指標。另外懸架的動撓度 fd 與其限位行程fd配合不當時，會經(jīng)常撞擊限位塊，使平順性變壞。車輪與路面間的動載 Fd影響車輪與路面的附著效果，影響操縱穩(wěn)定性。在進行平順性分析時，要在路面隨機

22、輸人下對汽車振動系統(tǒng)這三個振動響應(yīng)量進行分析計算，以綜合選擇懸架系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)。對于所討論的簡化的汽車振動系統(tǒng)，路面只經(jīng)一個車輪對系統(tǒng)輸人時，振動響應(yīng)的功率譜密度 與路面輸入量的功率譜密度之間有如下簡單關(guān)系： （629）式中 系統(tǒng)響應(yīng)量對輸入的響應(yīng)函數(shù)的模，即幅頻特性；為頻率，單位為Hz。振動響應(yīng)量、的均方根值都可按式（65）求得。即 （630）進行平順性分析時，通常根據(jù)路面不平度系數(shù)與車速共同確定的路面輸入譜 和由懸架系統(tǒng)參數(shù)確定的頻率響應(yīng)函數(shù) ， 按式(629)、(630)計算振動響應(yīng)量的功率譜和均方根值 。由此可以分析懸架系統(tǒng)參數(shù)對振動響應(yīng)的影響，反過來也可根據(jù)汽車平順性評價指標來優(yōu)化懸

23、架系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)。路面輸入除了式(629)中的位移譜 ，還可以采用速度譜 和加速度譜與相應(yīng)的幅頻特性和的平方相乘，同樣可以得到振動響應(yīng)量的功率譜。路面統(tǒng)計分析結(jié)果表明，路面速度功率譜在整個頻率范圍內(nèi)為一常數(shù)，即為“白噪聲”，且常數(shù)只與路面不平度系數(shù)和車速有關(guān)，而與頻率無關(guān)。即 恒為某個常數(shù)。這給平順性計算分析帶來極大方便。用 作為輸人譜代入式(629)并兩邊開方，得到輸入輸出均方根值譜之間的關(guān)系： （631） 由式(631)可知，響應(yīng)量的均方根值譜與響應(yīng)量對速度輸入 的幅頻特性的圖形完全相同，只差某常數(shù)倍。可以用響應(yīng)量對速度輸入的幅頻特性來定性分析響應(yīng)量的均方根值譜。討論懸架系統(tǒng)參數(shù)對平順性的影

24、響。（1）車身加速度對的幅頻特性 由式（626）、（628）可得 （632）由式（632）知，隨固有圓頻率提高，在共振段和高頻段都成比例提高。在共振時， = （633）即在共振點，的均方根值譜與圓頻率成正比。在共振段，阻尼比增大，減小，在高頻段，增大，也增大，故對共振段與高頻段的效果相應(yīng)，綜合考慮，取0.20.4比較合適。 (2)車輪與路面間相對動載對 的幅頻特性車輪與路面間的動載 Fd與車輪作用于路面的靜載G之比值Fd/G稱為相對動載。Fd/G1時，車輪會跳離地面完全失去附著，影響汽車操縱穩(wěn)定性。 對于單質(zhì)量系統(tǒng)， F/g （6-34）可見對的幅頻特性與只相差系數(shù)1/，振動系統(tǒng)參數(shù)，的影響與

25、上面討論完全一樣，不再重復(fù)。 (3)懸架動撓度fd對q的幅頻特性 由車身平衡位置起，懸架允許的最大壓縮行程就是其限位行程fd。動撓度fd與限位行程fd應(yīng)適當配合，否則會增加行駛中撞擊限位的概率，使平順性變壞。 由圖66知，fd，所以fd對q的頻率響應(yīng)函數(shù)為 將式（627）代入得 于是，fd對q的幅頻特性為 （635）由上式知，在低頻段，當1時，此時車身位移，彈簧變形與路面輸入趨于相等；在共振段，當時，。阻尼比對只在共振段起作用，而且當 時已不呈現(xiàn)峰值。 比較式(628)與式(635)，可以看出，懸架系統(tǒng)對于車身位移來說，是將高頻輸入衰減的低通濾波器；對于動撓度fd來說，是將低頻輸入衰減的高通濾

26、波器。 對的幅頻特性 （636）由式(636)知，隨固有圓頻率下降，在共振段與低頻段均與成反比例提高。在共振時，所以，共振點上的均方根值譜與成反比。三、影響汽車平順性的結(jié)構(gòu)圖素1懸架結(jié)構(gòu)懸架結(jié)構(gòu)影響平順性的主要因素有三個，彈簧剛度K、懸架彈性特性、減振器阻尼系數(shù)C。懸架剛度K決定的懸架系統(tǒng)固有頻率f0見式(620)，0=2f平順性影響最大，降低f0可以明顯減小車身加速度見式(633)，這是改善平順性的一個基本措施。但隨著f0降低，動撓度fd增大見式(636)，限位行程fd也就必須與f0成反比而相應(yīng)增大。但fd受結(jié)構(gòu)布置限制，不能太大，所以降低f0是有限度的。表61是目前大多數(shù)汽車懸架系統(tǒng)的固有

27、頻率f0、靜撓度fs、限位行程fd的實用范圍。表61 懸架系統(tǒng)、的實用范圍車型f0fsfd轎 車1.21.1153079貨 車21.561169大貨車1.81.271558越野汽車21.3613713 前后懸架系統(tǒng)剛度的匹配對汽車平順性也有較大影響。一般希望前、后懸架系統(tǒng)的固有頻率接近相等，這可以通過選擇前、后懸架剛度使來實現(xiàn)。為了減小車身縱向角振動，一般將前懸架的固有頻率選的略低于后懸架的固有頻率。 懸架系統(tǒng)的彈性特性指懸梁變形與所受載荷之間對應(yīng)關(guān)系，分為線性與非線性兩種。具有線性彈性特性的懸架剛度K為常數(shù)。由式(620)知，其車身振動固有頻率f0將隨裝載質(zhì)量多少而改變，尤其是后懸架載質(zhì)量變

28、化較大的貨車和大客車。這種變化使汽車空載或部分載荷時前、后懸架振動固有頻率過高或失配，導(dǎo)致車身猛烈顛簸，平順性變差。為此，可采用具有非線性彈性特性的懸架，即懸架的剛度K可隨載荷的改變而變化，以保持汽車各種載荷情況下，f0基本不變或變化不大，從而達到改善平順性的目的。這種懸架也稱為變剛度懸架。 懸架的非線性彈性特性可以通過下述辦法來實現(xiàn)： (1)在線性彈性特性懸架中加入輔助彈簧、復(fù)合彈簧采用適當曲導(dǎo)向機構(gòu)以及與車架的支承方式，等等。 (2)選用具有非線性彈性特性的彈簧，如空氣彈簧、油氣彈簧、橡膠彈簧和硅油彈簧。 為衰減車身的自由振動和抑制車身的共振，以減小車身振動加速度，汽車懸架系統(tǒng)中應(yīng)有適當?shù)?/p>

29、阻尼。正確選擇阻尼比對汽車平順性至關(guān)重要。取值大，能使振動迅速衰減，但會將較大的路面沖擊傳遞到車身。反之，取值小，振動衰減緩慢，受一次沖擊后振動持續(xù)時間長，使乘客感到不舒適。為使減振的阻尼效果好，又不傳遞較大的沖擊力，常把壓縮行程的阻力和伸張行程的阻力取的不同。壓縮行程中，為減少傳遞的路面沖擊力，應(yīng)選擇小些；而伸張行程中，為迅速衰減振動， 應(yīng)選擇大些。 對于不同的懸架固有頻率f0和不同的使用條件，滿足平順性要求的阻尼比值大小應(yīng)有所不同。當f0較低行駛路面又較差時，動撓度fd會相當大，為減少懸架撞擊限位塊的概率， 應(yīng)取偏大值。 2輪胎 輪胎由于本身的彈性在很大程度上吸收了因路面不平所產(chǎn)生的振動，

30、因此它和懸架共同保證了汽車的平順性。近年來隨著車速提高，希望輪胎的緩沖性能越來越好。提高輪胎緩沖性能的方法有： (1)增大輪胎斷面、輪胎寬度和空氣容量，并相應(yīng)降低輪胎氣壓。 (2)改變輪胎結(jié)構(gòu)型式，如采用子午線輪胎，它因胎體的徑向彈性大，可以緩和不平路面的沖擊并吸收大部分沖擊能量，使平順性得到改善。 (3)提高簾線和橡膠的彈性，采用較柔軟的胎冠。 車輪旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡會引起汽車振動，影響平順性和行駛穩(wěn)定性，這在高速時尤為突出，所以必須對每一車輪(含裝好的輪胎)進行靜平衡和動平衡，以保證高速行駛時的舒適性。 3非懸掛質(zhì)量 非懸掛質(zhì)量的振動對懸掛質(zhì)量振動加速度有較顯著的影響，減小非懸掛質(zhì)量，可以減

31、小傳給懸掛質(zhì)量(即車身)的沖擊力。因此，提高懸掛質(zhì)量與非懸掛質(zhì)量的比值，有利于改善汽車的平順性。另外，懸掛質(zhì)量的布置應(yīng)盡量使懸掛質(zhì)量分配系數(shù)1。以減少前、后懸掛質(zhì)量振動的聯(lián)系。 4“人體座椅”系統(tǒng)的參數(shù)選擇 為了改善汽車平順性，使傳至人體的振動比較小，在選擇“人體一座椅”系統(tǒng)參數(shù)時，首先要保證人體垂直方向最敏感的頻率范圍48Hz處于減振區(qū)，按“人體一座椅”構(gòu)成單質(zhì)量系統(tǒng)來考慮，其固有頻率(參見圖68)。在選擇fs時，還要避開與車身固有頻率f0重合，防止傳至人體的振動加速度譜出現(xiàn)突出的尖峰對平順性不利。f0一般在1.22HZ之間，于是fs一般可選在3Hz左右?！叭梭w一座椅”系統(tǒng)的阻尼比s一般達到

32、0.2以上才能有較好的減振數(shù)果。順便指出，若考慮人體自身的減振數(shù)果，研究成果表明，fs值可以選得高一些，達到56Hz，在適當s配合下，仍可保證48Hz處于減振區(qū)。 四、汽車平順性試驗 汽車平順性試驗主要是為汽車平順性評價提供依據(jù)。同時還要測定影響平順性的汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)和持性參數(shù)，探索改善汽車平順性的各種途徑。平順性試驗主要包括以下內(nèi)容。 1汽車振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)測定 測定輪胎、懸架、坐墊的彈性特性(載荷與變形的關(guān)系曲線)，求出規(guī)定載荷下，輪胎、懸架、座墊的剛度。由加、卸載曲線包圍的面積，可以確定輪胎、懸架、座墊的阻尼，另外還要測定懸掛質(zhì)量、非懸掛質(zhì)量、車身質(zhì)量分配系數(shù)等。 2懸掛系統(tǒng)部分固有頻率（

33、偏頻)和阻尼比的測定圖6-9 懸掛系統(tǒng)衰減振動曲線(a)車身振動 (b)車輪振動 將汽車前、后輪分別從一定高度拋下，記錄車身和車輪質(zhì)量的衰減振動曲線，見圖69?？梢缘玫杰嚿碣|(zhì)量振動周期和車輪質(zhì)量振動周期，按下式求得各部分固有頻率。 車身部分固有頻率 車輪部分固有頻率由車身和車輪部分的減幅系數(shù)、,代入到式（622）可以求，。用同樣的方法可以求得：人體座椅“系統(tǒng)的固有頻率fs和阻尼比s。3汽車振動系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)的測定根據(jù)頻響函數(shù)的定義，記錄振動系統(tǒng)的輸出和輸入信號后。可用專門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析儀處理得到振動系統(tǒng)的頻響函數(shù)。 試驗常在電液振動臺上進行，給車輪0.530Hz范圍的隨機或簡諧振動輸入，記

34、錄車軸、車身、坐墊上各對應(yīng)測點的振動響應(yīng)，按車軸輸入、車身車軸、坐墊/車身可相應(yīng)得到輪胎、懸架、座椅各環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)。其幅頻特性的峰值所在頻率即為各環(huán)節(jié)的固有頻率，峰值幅值可用于近似求出各環(huán)節(jié)的阻尼比。請參見文獻1。 4實際路面隨機輸入行駛試驗 此項試驗是評定汽車平順性的最主要試驗。按照GB 497085 汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法進行。各種車輛因工作條件不同試驗要求的路況、車速、傳感器安裝位置等也有所不同。 平順性隨機輸入試驗主要以總加權(quán)加速度均方根值 (也可相應(yīng)給出,)來評價。根據(jù)試驗中記錄的振動加速度時間歷程，通過數(shù)據(jù)處理設(shè)備得到加速度功率譜密度并可計算各1/3倍頻程帶寬中心頻率

35、的加速度均方根值進而可求得了和以及。這些評價指標隨車速的變化曲線稱為“車速特性”，可用于整個使用車速范圍內(nèi)全面地評價汽車平順性。5脈沖輸入試驗汽車行駛時偶爾會遇到凸塊或凹坑，其沖擊會影響汽車平順性，嚴重時會損害人體健康，破壞運載的貨物。此項試驗按GB 590286汽車平順性單脈沖輸入行駛試驗方法進行，汽車以一定車速駛過規(guī)定尺寸的三角形凸塊得到脈沖輸入。評價指標用坐墊上和地板上加速度最大值或加權(quán)加速度最大值。第二節(jié) 汽車空氣調(diào)節(jié)性能一、概述汽車空氣調(diào)節(jié)性能是影響汽車舒適性的重要因素之一。為了達到熱舒適的要求，必須對車室內(nèi)空氣的質(zhì)量和數(shù)量進行調(diào)節(jié)。從而使車室內(nèi)空氣經(jīng)常保持使乘員感到舒適的狀態(tài)，以提

36、高汽車舒適性和安全性。汽車空氣調(diào)節(jié)包括制冷、采暖、通風、除霜、空氣凈化等內(nèi)容。這與普通建筑物空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)并無本質(zhì)區(qū)別，但由于汽車是一種“移動房間”，所以它的使用條件比普通建筑物更為嚴酷，因而要求汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有更高的性能。其特點為：(1)因車室內(nèi)空間小，乘員多，所以要求有更大的換氣量；(2)汽車使用條件(運行狀況)和所處環(huán)境變化急劇，且變化幅度大，隨機性強，故要求有快速制冷和快速采暖能力；(3)為使駕駛員前方保持清晰的視野，汽車前窗玻璃應(yīng)具有除霜功能；(4)在提高汽車空氣調(diào)節(jié)性能的同時，強調(diào)不降低或少降低汽車動力性，并盡可能地減少燃油消耗；(5)追求運行可靠、操作自動化、低制造成本、維修簡

37、便。表6-2示出汽車空調(diào)系統(tǒng)基本功能。表6-2 汽車空調(diào)系統(tǒng)基本功能溫 度快速冷卻、怠速冷卻、溫度分布、雙層、區(qū)域調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)(外部空氣、內(nèi)部空氣、日光補償)、快速升溫濕 度濕度調(diào)節(jié)(濕度傳感器)、增濕、減濕氣流速度氣流連續(xù)控制，多通風口，無噪聲運行，正面氣流速度(通風) ，冷卻調(diào)節(jié)，擺動式百葉窗輻射(日光)(日光補償)區(qū)域調(diào)節(jié)(點調(diào)節(jié))氣味灰塵(通風量)氣味調(diào)節(jié)，負離子調(diào)節(jié)，外界空氣進入，內(nèi)部循環(huán)空氣，灰塵自動調(diào)節(jié)，通風運行性能冷卻能力調(diào)節(jié)，需求響應(yīng)(運行申請模式、運行/A/C聯(lián)合模式)，節(jié)能控制燃油經(jīng)濟性，振動小舒適(疲勞)舒適，噪聲低，增濕(避免眼睛、喉嚨、鼻子干燥)操作性易于操作（位

38、置，操作力大小，簡便，外形），模式轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)，模式指示（顯示），手動和自動轉(zhuǎn)換（動力操作）視界范圍視覺識別自動除霜、除霧、氣簾、模式指示（操作指示）二、汽車空氣調(diào)節(jié)評價對汽車空氣調(diào)節(jié)性能的評價通常是出乘員和駕駛員對車室內(nèi)的溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力、氣味、空氣潔凈度，甚至包括噪聲和振動等指標的感受和反映來決定的。研究表明，從影響空氣調(diào)節(jié)性能重要性角度出發(fā)，溫度、濕度和空氣流速三個因素最為重要。同時，對于一個給定的空調(diào)車室，每個人對上述三因素組合的某種狀況感受和反映并不一致，這又與每個人的年齡、性別、民族、衣著、個人活動量、身體素質(zhì)以及季節(jié)、晝夜等因素有關(guān)?？傊?，舒適感是很多因素綜合效果決定的

39、，準確定量地描述人體對空氣調(diào)節(jié)性能的感受相反映是非常困難的。幾十年來，人們圍繞這一問題在不斷地進行研究與試驗。現(xiàn)對汽車空氣調(diào)節(jié)性能的評價簡述如下。1人體的溫度感覺人的身體在不斷地產(chǎn)生和散發(fā)熱量，以維持體溫恒定不變的熱平衡。熱量的大部分是由人的皮膚散發(fā)的。在一年四季中，人的皮膚溫度不盡相同如果能獲得體溫恒定不變的熱平衡，便可以認為人是處于舒適狀態(tài)。(1)不適指數(shù)當對溫度進行感性評價時，常用“不適指數(shù)”這個指標。它是通過溫度與濕度的關(guān)系，得出適宜與否的評價。 不適指數(shù)（氣溫濕球溫度）0.4240.6 該指數(shù)如果超過80，則對大多數(shù)人來說是不適的。從生理學觀點看，所謂“不適酷熱”就是意味著為維持36

40、體溫的多余熱量不能充分散發(fā)(就像汽車發(fā)動機的過熱)。不適酷熱將導(dǎo)致人的植物神經(jīng)失調(diào)，使判斷和操作機能遲鈍，如一個人在這種狀態(tài)下駕駛汽車，則將使事故率顯著增高。 (2)人體的熱特性 人體的放熱約有80是通過皮膚進行的。皮膚以及與其相關(guān)連的血管對溫度變化的反應(yīng)非常敏感，當外界氣溫下降時，血管和皮膚便收縮，使其向體外散發(fā)的熱量減少，結(jié)果使得離心臟較遠的手、腳等部位的血液流量顯著減少，所以容易感到冷。因此，手、腳較頭部和胸部等處要求有更高的溫度。故冬季舒適溫度條件應(yīng)是“頭寒足熱”。 空氣的流動也可以增加人的舒適感。人在1m/s的風速下，會覺得溫度下降約1。風速不同，人的舒適感也會有變化，一般不希望風速

41、過大，因為它會使人體局部過度散熱而感到難受。因此，最好使大部分流量的風遍及全身，并盡量減低風速。 當環(huán)境變化時，例如乘員從房間進入車室內(nèi)，由于人體具有一定的熱容量，故實現(xiàn)新環(huán)境下的人體熱平衡是需要一定時間的。為縮短這段時間，在開啟汽車主調(diào)的最初時間里，提供稍許過度的冷或熱風，便會增加人的舒適感。所以評價汽車空氣調(diào)節(jié)性能時特別重視達到室溫穩(wěn)定的時間這一指標。 2舒適的空氣調(diào)節(jié)參數(shù) (1)車室溫度 一般認為控制車室內(nèi)溫度在2230較舒適，人們在冬季比春季更喜歡室溫高一點。但對夏季高溫時室溫不宜太低以防溫差太大導(dǎo)致感冒。氣流不宜直接吹向人體。 (2)空氣濕度 在般情況下，人體每小時釋故25g汗水，出

42、汗量隨環(huán)境溫度升高而增加。皮膚的舒適感與環(huán)境的蒸汽壓力和濕度有關(guān)。如果車室太干燥，乘員將非常難受。相對濕度一般應(yīng)在3070左右，其具體值應(yīng)根據(jù)當?shù)丨h(huán)境濕度、季節(jié)、太陽輻射、乘員身體狀況調(diào)節(jié)。 (3)氣流速度 人對靜止空氣的感覺和運動汽車空氣的感覺是不一樣的。當環(huán)境溫度低于人體皮膚溫度時，若增加室溫，則同時也應(yīng)增加氣流速度，這樣才能使人有舒適感。在炎熱的夏季，下吹氣流對身體更舒適，吹向腦部的氣流可達3m/s，但臂部和喉部最好別直吹，面部特別是眼部也別用高速氣流直吹。頭部氣流溫度應(yīng)比胸部氣流濕度低7。 (4)車內(nèi)換氣 人體吸入的氧氣將有30變成二氧化碳而排出，如果車內(nèi)換氣不良，就會使二氧化碳濃度上

43、升。二氧化碳濃度般應(yīng)控制在0.1以下。因此必須保證每位乘員有2030的換氣量。同時還應(yīng)考慮吸煙、道路上污染、塵埃等侵入車廂內(nèi)而必須增加的通風換氣量。 再者，人呼吸會有大量水蒸氣排出，使車內(nèi)濕度上升夏天感到悶熱，冬天會使車窗結(jié)霜。因此防止車內(nèi)濕度上升也是換氣的重要任務(wù)。除此之外，換氣還有這樣兩個功效：吸入車外冷空氣、使室內(nèi)溫度下降；室內(nèi)有適量的風在流動，提高了乘員的舒適感。表6-3 舒適的空氣調(diào)節(jié)參數(shù) 參數(shù)范圍溫度相對濕度%換氣量m3/min風速m/sCO2濃度%CO冬季夏季舒適帶1518222730700.60.07520.030.01不舒適帶014274330,700.350.40.30.0

44、1有害帶43150.140.4100.033PMV和PPD指標根據(jù)熱舒適理論，國際標準化組織在大量試驗調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，制訂了ISO 77301984“適中熱環(huán)境的PMV和PPD指標的計算及熱舒適條件的規(guī)范”。該標準用于分析室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性時，提出六個要素。其中四個與環(huán)境有關(guān)，即：空氣的干球溫度、室內(nèi)的平均輻射溫度、空氣中水蒸氣分壓力、空氣的相對流動速度。另外兩個要素與人有關(guān)，即：人體的新陳代謝率和服裝的熱阻值。該標準使用熱舒適PMVPPD指標體系。PMV( Predicted Mean Vote)為平均預(yù)測數(shù)。它表示大多數(shù)人對環(huán)境熱感覺的表決的平均預(yù)測數(shù)。它是利用熱平衡原理，收集被測對象的

45、熱感覺圖6圖6-10 PPD與PMV指標之間的數(shù)量關(guān)系表決票后，求得PMV，從計算關(guān)系式看出，PMV是上述六要素的函數(shù)。PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied)為對熱環(huán)境表示不滿意的百分比的預(yù)測數(shù)。PPD與PMV之間的定量關(guān)系如圖6-10所示。此曲線形狀像一條例置的標準正態(tài)分布曲線，在PMV0處，PPD5，就是說，即使室內(nèi)環(huán)境為最佳熱舒適狀態(tài)時，由于人與人之間的生理、心理差異，還是有可能5的人感到不滿意。同理，PMV0.37時，PPD8，有8的人感到不舒適。 三、汽車空氣調(diào)節(jié)試驗我國汽車空氣調(diào)節(jié)試驗還沒有建立國家標準。一般參考國際汽車空調(diào)協(xié)會試驗標準I

46、MACA和日本JISDl6181986標難。汽車空氣調(diào)節(jié)試驗以換氣性能、采暖性能和制冷性能為研究對象，主要測定項目是風量、風速、溫度、濕度。根據(jù)所測數(shù)據(jù)，對汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能作出定量的評價。此外還必須進行主觀評價，以作出全面的綜合判斷。上述試驗與評價要在實際道路和環(huán)境實驗室內(nèi)進行。環(huán)境實驗室可隨意給定溫度、濕度、日照等條件，可獲取高重復(fù)性的試驗數(shù)據(jù)。通常試驗控制條件的范圍是：溫度3050；濕度2080；日照量01.16KJ/(m2s)。 1換氣性能試驗換氣性能是汽車空調(diào)的最基本性能。它的主要試驗有：車內(nèi)空氣換氣量、車內(nèi)風速風向，進、排通氣孔位置影響等。 (1)換氣量進出車內(nèi)的空氣量是由空調(diào)

47、裝置的進風量、車身縫隙的空氣滲漏量平衡決定的。空調(diào)裝置進風量的測定分靜態(tài)和動態(tài)兩種測定方法。靜態(tài)測定法是在車輛靜止狀態(tài)下，改變空調(diào)裝置的鼓風機電壓，測定各出口的風量；動態(tài)測定法可在汽車運行中進行風量測定，也可在風洞室內(nèi)測定，更簡便的方法是利用鼓風機送與車速相當?shù)娘L量，進行測定。不管采用什么方法，都必須確保空氣入口車內(nèi)空氣出口的壓力變化與汽車行駛狀態(tài)相同。逐個測定車身每個縫隙的滲漏量是十分困難的一般只測總滲漏量。從車身縫隙向外滲漏的空氣量，要由外界向車內(nèi)補充?？倽B漏量可通過測定車內(nèi)某一定壓時的補充空氣量來代替。 (2)風速、風向“體感風速”是風速的主要試驗內(nèi)容，應(yīng)在相當于人體各部位處裝微型風速傳

48、感器，以測定身體感受到的風速。風向測定可采用“氣流可見化”試驗方法，最簡便的是“絲叢法”，在細木棍的尖部貼附絲線或毛線，受氣流作用后便隨風飄動，可判斷氣流的方向和強度。 (3)空氣入口和出口根據(jù)車身表面壓力分布，在正壓大的部位設(shè)置空氣入口，在負壓大的部位設(shè)置空氣出口其換氣效率較高。但必須考核塵埃、水分、發(fā)動機廢氣進入的問題。 對于水浸入問題，可選洗車或暴雨狀況下試驗。類似地塵埃問題可選特定工況下試驗。而對于發(fā)動機排氣滲入問題，可讓空調(diào)裝置以車內(nèi)空氣自循環(huán)的方式運行來進行試驗。另外，若出氣口的排氣效果差，則關(guān)閉車門時會使車內(nèi)壓力瞬時增高，給乘員帶來不快感，甚至還會成為關(guān)不上車門的原因之一。 2采

49、暖、制冷性能試驗在采暖和制冷性能試驗中，最基本的內(nèi)容是溫度測量。熱電偶傳感器能夠做得很小，而且對溫度變化反應(yīng)靈敏，所以得到越來越廣泛的應(yīng)用。 (1)采暖性能對于采暖性能來說，最重要的是溫度分布。測量內(nèi)容包括足部附近的溫度分布、足部和面部空間的溫度差、左右坐席的溫度差、前后坐席的溫度差等。另外，還應(yīng)測量溫度。發(fā)動機冷卻水溫也是采暖性能的重要評價項目。測量車內(nèi)溫度分布的同時，也要測量發(fā)動機散熱器的進出口水溫，并研究發(fā)動機發(fā)熱量和散熱器散熱量的熱平衡問題。試驗氣溫一般選擇20左右，試驗車速應(yīng)選擇負荷小的情況(即發(fā)動機發(fā)熱量少)，如4050km/h，還要選發(fā)熱量急劇變化的工況，如80 km/h以上的車

50、速和發(fā)動機怠速兩種工況編成一定組合進行試驗。 試驗前汽車停放，當發(fā)動機水溫、機油溫、車內(nèi)各部位溫度與外界氣溫相等時，方能開始試驗。試驗時測定從開始到達到規(guī)定溫度時所需時間和溫升過程。車內(nèi)溫度上升越快，則性能越好。經(jīng)過40min左右，車內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定。達時，如果足下溫度達到30左右，面部溫度達到25左右則認為加熱器的性能良好。 (2)制冷性能 與采暖性能一樣，制冷性能的主要試驗項目也是溫度測量。此外，出風口的風量和風速也是制冷性能的重要測試參數(shù)。為了掌握空調(diào)系統(tǒng)工作是否正常，還應(yīng)測定冷媒氣體的壓力。 試驗條件因地區(qū)而異，我國可選氣溫3642，濕度3070，試驗運行工況應(yīng)包括4050 km/h中速行駛、100kmh左右高速行駛以及怠速等適當組合。 在試驗環(huán)境下，將汽車停放l2h后，待車內(nèi)溫度穩(wěn)定時使開始試驗，測定溫降過程。經(jīng)過4050min左右，車內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定。此時，如果面部溫度為20左右，足下溫度為25左右，則認為制冷性能良好。 試驗中測定冷媒氣體壓力，若高壓為1.271.47MPa，低壓為0.10.15 MPa，則認為制冷系統(tǒng)