汽車?yán)碚?余志生 第六章

第六章汽車平順性Rideperformance第六章汽車的平順性1.汽車行駛平順性

指汽車不因車體振動而使乘客感到不適或貨物不因振動而受損的性能。

2.汽車行駛平順性的研究對象：“路面一汽車一人（貨物）”構(gòu)成的系統(tǒng)。路面特性是系統(tǒng)的輸入，人（貨物）對汽車振動的反應(yīng)是系統(tǒng)的輸出。3.研究平順性的主要目的就是控制汽車振動系統(tǒng)的動態(tài)特性，使振動的“輸出”在給定工況的“輸入”下不超過一定界限，以保持乘員的舒適性。4.汽車的平順性的研究主要是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價(jià)，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一。第一節(jié)人體對振動的反應(yīng)和平順性的評價(jià)一、人體對振動的反應(yīng)1.人體坐姿受振模型

ISO2631-1：1997（E）標(biāo)準(zhǔn)能與主觀感覺更好地符合。在平順性評價(jià)時(shí)它考慮座椅支承面處輸入點(diǎn)3個方向的線振動和該點(diǎn)三個方向的角振動以及座椅靠背和腳支承面兩個輸入點(diǎn)各3個方向的線振動，共3個輸入點(diǎn)12個軸向的振動。

椅面輸入點(diǎn)三個線振動xs、ys、zs是12個軸向中人體最敏感的。ISO2631-1：1997（E）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)評價(jià)振動對人體健康的影響時(shí)，就考慮這三個軸向，兩個水平軸向比垂直軸向更敏感。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定靠背水平軸向xb，yb可以由椅面xs、ys水平軸向代替，此時(shí)軸加權(quán)系數(shù)取k＝1.4.我國在修訂的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)CB／T4970－1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》時(shí)，評價(jià)機(jī)車平順性就考慮椅面xs、ys、zs這三個軸向。2.振動的傳遞途徑（1）振動的激勵源

振動的發(fā)生源主要有凹凸不平的路面，不平衡輪胎的旋轉(zhuǎn)，不平衡傳動軸的旋轉(zhuǎn)以及發(fā)動機(jī)的扭矩變化等。這些因素引起的振動大多與車速相關(guān)，尤其是凹凸不平路面引起的振動，隨著車速的變化，振動的頻率和強(qiáng)弱會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。（2）振動的傳遞途徑

因路面、輪胎產(chǎn)生的振動，先傳到懸架，受懸架自身的振動特性影響后再傳給車身，通過車身傳到乘客的腳部。同時(shí)通過座椅傳給乘客的臀部和背部，還通過轉(zhuǎn)向系，以轉(zhuǎn)向盤抖動的形式傳到駕駛員手部。因發(fā)動機(jī)、傳動系產(chǎn)生的振動，通過支承發(fā)動機(jī)、變速器和傳動軸的緩沖橡膠塊，經(jīng)衰減后傳給車身，再經(jīng)上述途徑傳至人體各個部位。任何一個“振動系統(tǒng)”均有一個“固有頻率”。當(dāng)外界激振信號的頻率接近或等于“固有頻率”時(shí)，將出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，產(chǎn)生劇烈的振動。

3.人體對振動的反應(yīng)是一個復(fù)雜的生理學(xué)和心理學(xué)過程。有四個基本物理因素決定人體的振動反應(yīng)。

l）振動方向

不同方向的振動，人體所能忍受的振動強(qiáng)度不同。

2）振動頻率

人體對同一方向各種頻率的振動反應(yīng)，存在著某一最敏感的頻率范圍。在該頻帶內(nèi)，人體極易疲乏，不舒適甚至危及健康。這時(shí)，人體忍受振動的能力最低。振動方向不同，人體的敏感頻帶也不同。

3）振動強(qiáng)度

振動對人體作用的強(qiáng)弱程度可以用振動參量——振幅、速度及加速度來表示。多數(shù)采用汽車傳給人體的加速度值作為衡量振動對人體作用強(qiáng)弱的參數(shù)。

4）承受時(shí)間（又稱暴露時(shí)間）

人體對振動的感覺與人體承受振動的時(shí)間長短有關(guān)。處在持續(xù)振動環(huán)境的時(shí)間越長，人體的忍受能力越低。處在斷續(xù)振動的人體，生理上能夠得到某種程度的恢復(fù)，緩和了振動對人體的影響，忍受能力有所增強(qiáng)。

4.機(jī)械振動對人體的影響，取決于振動的頻率、強(qiáng)度、作用方向和持續(xù)時(shí)間，而且每個人的心理與身體素質(zhì)不同，對振動的敏感程度有很大差異。

人體對振動最敏感的頻率在垂直方向，是4～8Hz，因此降低懸掛質(zhì)量（車身）的固有振動頻率到4Hz以下時(shí)，低于人體的敏感頻率，可提高汽車的舒適性。另一方面，人體所能承受的振動加速度也有一定的限度（一般為0.2～0.3g），若能降低懸掛質(zhì)量（車身）的振動加速度，或使懸掛質(zhì)量（車身）和非懸掛質(zhì)量（車輪、車軸等）之間不發(fā)生共振，同樣提高了汽車的舒適性。載貨汽車車廂的振動加速度也應(yīng)低于一定的極限值（一般為0.6～0.7g），以保證運(yùn)輸貨物的完整性。

二、平順性的評價(jià)方法

（1）峰值系數(shù)

是加權(quán)加速度時(shí)間歷程的峰值與加權(quán)加速度均方根值的比值。

（2）平順性的評價(jià)方法有兩種：1）基本評價(jià)方法

用加權(quán)加速度均方根值來評價(jià)振動對人體舒適和健康的影響。當(dāng)振動波形峰值系數(shù)＜9時(shí)采用。2）輔助評價(jià)方法

用均4次方根值的方法來評價(jià)振動對人體舒適和健康的影響。當(dāng)振動波形峰值系數(shù)＞9時(shí)采用。

輔助評價(jià)方法能更好地估計(jì)偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數(shù)振動對人體的影響。三、路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

1.路面不平度由三部分組成：1）超低頻成分

整段路面上存在著的波長遠(yuǎn)大于軸距的起伏波形。2）中低頻成分

整段路面上存在著的、宏觀上可察覺的、波長及幅值較大的路面凹凸不平。這是引起汽車振動的主要頻率成分，稱為主頻帶。3）高頻成分

不易察覺的、波長很短、幅值很小的路面不平度部分。

2.路面不平度函數(shù)路面相對基準(zhǔn)面的高度與沿道路走向長度的變化關(guān)系函數(shù)。3.作為車輛振動輸入的路面不平度，主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計(jì)特性。4.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和我國國標(biāo)根據(jù)路面的功率普密度將路面不平程度分為8級。

四、汽車振動系統(tǒng)的簡化

1.如果把懸架支撐的質(zhì)量看成一個剛性整體，并建立固結(jié)于地面的坐標(biāo)系統(tǒng)，車身振動的形式有：①垂直振動

沿與地面垂直的z軸方向的線振動。②縱向振動

沿與汽車縱軸一致的x軸方向的線振動。③橫向振動

沿與汽車橫軸一致的y軸方向的線振動。④縱向角振動

繞y軸的角振動，又稱仰俯振動。⑤橫向角振動

繞x軸的角振動，又稱側(cè)傾振動。⑥偏轉(zhuǎn)角振動

繞z軸的角振動。

這六種振動中，對人體影響最大的有三種：垂直振動、橫向角振動和縱向角振動。橫向角振動不僅影響汽車的平順性，而且影響汽車的操縱性和穩(wěn)定性。

2.汽車振動系統(tǒng)的簡化模型

依據(jù)簡化條件的不同可把四輪汽車簡化為：立體振動模型、平面振動模型和單質(zhì)量系統(tǒng)模型。

車身單質(zhì)量系統(tǒng)模型：它由車身質(zhì)量m2和彈簧剛度為K、減振器阻力系數(shù)為C的懸架組成。q是輸入的路面不平度函數(shù)。第二節(jié)影響駛平順性的因素1.汽車結(jié)構(gòu)因素對行駛平順性的影響從減輕汽車振動方面考慮，影響行駛平順性的汽車結(jié)構(gòu)因素主要有以下幾點(diǎn)。