汽車振動學基礎及應用課件：人體對振動的反應和路面輸入 -

汽車振動學基礎及應用人體對振動的反應和路面輸入

7.1人體對振動的反應7.2路面不平度的統(tǒng)計特性7.3路面輸入模型7.1人體對振動的反應7.1.1概述關于人體對振動的反應，首先可將振動輸入按以下屬性分類：

1）振動的幅值和頻率。2）作用的位置和方向。3）作用時間。人體對振動的反應還可以按照各種不同的方式分類，如：健康狀況、舒適程度、工作效能、主觀感覺、暈車反應等。

7.1人體對振動的反應7.1.2ISO2631標準國際標準化組織（ISO）于1974年頒布了ISO2631的最初版本——《人體承受全身振動評價指南》。最初的ISO2631標準（1974年版）推薦值均以實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，被試驗者承受垂向、橫向和縱向的不同頻率范圍內(nèi)的正弦波振動，根據(jù)得到的試驗數(shù)據(jù)，以三個推薦的指標來表征加速度界限值，即：（1）暴露界限人體可承受的振動量上限，如超過此界限，可能損害人體健康。（2）疲勞-工效降低界限該指標與人能保持工作效能有關，在此界限內(nèi)，人能夠正常駕駛及操作，如圖7.1所示。。（3）舒適性降低界限保持良好感覺及舒適性界限。這些界限值均以1~80Hz振動頻率范圍內(nèi)不同暴露時間下的加速度方均根值來表達。

7.1人體對振動的反應圖7.1疲勞-工效降低界限7.1人體對振動的反應目前最新的評價標準為ISO2631-1：1997（E）《人體承受全身振動評價—第一部分：一般要求》，該標準對于評級長時間作用的隨機振動和多輸入點多軸向振動環(huán)境對人體影響時，能與主觀感覺更好的吻合。該標準所規(guī)定的人體坐姿受振模型如圖7.2所示，同樣考慮了12個方向的振動分量對人體振動的綜合影響；其基本頻率范圍擴展到0.5～80Hz，規(guī)定了人體對不同軸向分量及不同頻率的振動的不同敏感程度，圖7.3中給出了各振動分量在0.5～80Hz頻率范圍內(nèi)的加權函數(shù)，表7.1給出了各軸向振動分量的加權函數(shù)。7.1人體對振動的反應圖7.2人體坐姿受振模型圖7.3各振動分量的頻率加權函數(shù)7.1人體對振動的反應對人體舒適性評價的計算方法還取決于峰值系數(shù)，其定義為頻率加權加速度（weightedacceleration）的峰值與方均根值之比。ISO2631-1：1997（E）標準規(guī)定，如果加權后的峰值系數(shù)＜9時，可直接采用總加權加速度方均根值來評價振動對人體舒適和健康的影響。時域積分方法求出的方均根值頻率加權后的加速度方均根值

7.1人體對振動的反應其中各軸向頻率加權函數(shù)可根據(jù)圖7.3中的函數(shù)曲線漸進逼近，由以下公式近似表示：

7.1人體對振動的反應根據(jù)求出的各軸向加速度方均根值，再根據(jù)表7.1給出的各軸向振動分量的加權系數(shù)進行加權求和，就得出了總的加權加速度方均根值，即：

表7.2給出了加權振級和加權加速度方均根值與人的主觀感覺之間的關系。

加速度方均根值

加權振級

人的主觀感覺<0.315110沒有不舒適0.315～0.63110～116有一些不舒適1.5～1.0114～120相當不舒適0.8～1.6118～124不舒適1.25～2.5112～128很不舒適>2.0126極不舒適7.2路面不平度的統(tǒng)計特性7.2.1路面不平度的測量為了精確預測車輛對路面激勵輸入的響應，首先要做的工作就是對路面本身進行恰當描述及表達。獲得路面特征的唯一方法就是測量，有以下幾種測量技術可供使用：（1）經(jīng)典測量技術

（2）路面不平度測量儀

（3）非接觸式路面測量裝置

7.2路面不平度的統(tǒng)計特性通常實測所得的路面不平度（路面相對基準平面的高度）是沿道路走向長度的變化函數(shù)，稱為路面不平度函數(shù)（圖7.6）。

圖7.6路面不平度函數(shù)7.2路面不平度的統(tǒng)計特性7.2.2路面不平度的功率譜密度路面功率譜密度用下式作為擬合表達式：

式中：

------空間頻率（），它是波長的倒數(shù)，表示每米長度中包含波長數(shù)；

-------參考空間頻率，一般??；

-------路面不平度系數(shù)（），表示參考空間頻率下路面譜值；

-------頻率指數(shù)，是雙對數(shù)坐標上斜線的斜率，通常取。

7.2路面不平度的統(tǒng)計特性圖7.7路面不平度分級圖圖7.7（陰影面積為原聯(lián)邦德國1983年公路路面譜分布范圍）可以看出路面功率譜密度隨空間頻率的增大或波長的減小而變小。

7.2路面不平度的統(tǒng)計特性以路面的垂直速度、加速度來描述路面不平度的統(tǒng)計特性，它們與位移功率譜之間的關系為：

式中------速度功率譜-------加速度功率譜當頻率指數(shù)時，

此時路面速度功率譜值在整個頻率范圍內(nèi)為一常數(shù)，即為一白噪聲。

7.3路面輸入模型7.3.1頻域模型

函數(shù)描述路面的統(tǒng)計特性，僅與路面距離和表面不平度有關，而與車速無關。為了分析方便，通常把空間頻譜函數(shù)轉換為時間頻譜函數(shù)。設車速為，則空間和時間譜之間的轉換關系為：式中-------時間頻率（Hz）

將式（7-7）代入上式得：當時，

7.3路面輸入模型同樣可得到時間頻域內(nèi)的路面不平度垂直速度和加速度的譜密度公式為：

7.3路面輸入模型7.3.2時域模型

1.積分白噪聲圖7.8路面不平度輸入模型上式表達的時域路面輸入模型通常被稱為積分白噪聲形式。2.濾波白噪聲7.3路面輸入模型

7.3.3四輪輸入時的考慮在整車建模及分析中，不僅需要考慮軸距滯后的路面輸入，而且還要考慮左右車輪輪距的相關程度。如果路面測量中采用雙軌路面不平度測量儀，那么就可以測得左右軌跡之間的相關程度。相關函數(shù)在頻域內(nèi)描述了左右軌跡不平度中頻率為的分量之間線性關系的程度，其值在0～1范圍內(nèi)變化。當相關函數(shù)值為1時，表示左右輪跡路面輸入完全相同；當相關函數(shù)值為0時，表示左