第六章 汽车的平顺性

方法2 • 对随机加速度的时间历程a(t)，先进行频谱 分析得到功率谱密度函数Ga(f)，计算得到aw
aw [ W 2 ( f )Ga ( f )df ]
0.5 80 1 2
这种方法是频率域内计算的方法
平顺性的评价指标
• 3) 当同时考虑Xs、Ys、Zs椅面这三个轴向振 动时，三个轴向的总加权加速度均方根值，按 下式计算（老国家标准GB/T 4970-1996 ） ： 1
av [(1.4axw ) (1.4a yw ) a zw ]2
2 2 2
注意：x、y轴方向有个1.4的系数，为什么
平顺性的评价指标
• 4) 有些“人体振动测量仪”采用加权振级 Law(dB) ，它与加权加速度均方根值aw 换算， 按下式进行：
Law 20lg(aw / a0 )
• a0为参考加速度均方根值， a0=10-6 m.s-2
2 3)绕y轴的转动惯量Iy保持不变：I y m2 y m2 f a 2 m2 r b 2
式中，ρy一为绕横轴y的回转半径；a、b为车身质量部分的 质心至前、后轴的距离。
第六章 汽车的平顺性
• 由此得出三个集中质量分别为：
aL 2 y m2 r m2 bL 2 y m2 c m2 (1 ) ab m2 f m2
超过一定界限，以保持乘员的舒适性。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
日本对370名拖拉机司机的调查，发现他们之中，骨关节、胸部和腰椎发 生病变的比例分别为71%、52%和8%，腰椎和胸部同时发现病变的高达 40%，而且接触振动时间越长，发生病变的比例越高，从业10年以上的人 病变比例竟高达80%。 当振动加速度达到65dB（分贝）时，对睡眠有轻微影响；达到69dB时， 所有轻睡的人将被惊醒；达到74dB时，除酣睡的人外，其他人将惊醒； 达到79dB时，所有的人都将惊醒。
平顺性的评价依据
– ISO2631-1：1997(E)《人体承受全身振动评价——第一部 分：一般要求》：此标准对于评价长时间作用的随机振动和 多输入点多轴向振动环境对人体的影响时，能与主观感觉更 好地符合。适用于全身振动，不只适用于汽车 – 许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价，我国对相应标准 进行了修订，公布了GB／T4970—1996《汽车平顺性随机 输入行驶试验方法》。现在又有新国家标准GB/T 4970-
平顺性的评价
• 一、人体对振动的反应：
– 机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作 用方向和持续时间，而且每个人的心理与身体素质不同， 故对振动的敏感程度有很大差异。 – 平顺性的评价比较困难，现在一般以国际标难化组织 (ISO) 制定的国际标准ISO2631：《人体承受全身振动评 价指南》为依据 – 后来对它进行过修订、补充。从1985年开始进行令面修 订，于1997年公布了ISO2631-1：1997(E)《人体承受全 身振动评价——第一部分：一般要求》
max[a w (t)] 振动波形峰值系数＝ aW
平顺性的评价方法
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算 方法1 A、对随机加速度的时间历程，也就是a(t)，通过 加权函数w (f) (加权网络) ，得到加权加速度时 间历程aw(t) 注：一般（任意）加速度传感 器测量时先得到一个电压或 者电流信号，再经过一个网 络就可以得到加权值
第六章 汽车的平顺性
补充一点：
• 原来标准认为(参看第2版教材)：振动对人体的影响有三个 界限 – (1)暴露极限，是保护健康与安全界限，通常称为人体承 受振动的上限 – (2）疲劳—工效降低界限，此界限内能够保持工作效率 – (3) 舒适降低界限，保持舒适性界限。 A、暴露极限为疲劳—工效降低界限的2倍，疲劳—降低工 效界限为降低舒适界限的3.15倍 B、三个界限、极限都随着时间的增加而降低
4 VDV [ aw (t )dt ] 0 T 1 4
/ms-1.75
ISO2631认为：此处的T与式（6-1）相同
新国家标准GB/T 4970-2009认为是作用时间，即：从前轮接触凸块 到汽车驶过凸块且冲击响应消失时间段
第六章 汽车的平顺性
• §6.3 汽车振动系统的简化，单质量系统 的振动 • 一、汽车振动系统的简化：
第六章 汽车的平顺性
• 椅面垂直轴向Zs的频率加权函数最敏感频率范围 标准规定为4—12.5Hz，在4—8Hz这个频率范围， 人的内脏器官产生共振，而8—12.5Hz频率范围 的振动对入的脊椎系统影响很大。
• 椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数最敏感频率 范围为0.5—2Hz，大约在3Hz以下，水平振动比 垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率 范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。
舒适性还包括：噪声、空调、
乘坐环境（空间）、驾驶操作性能
第六章 汽车的平顺性
• 汽车的平顺性可由下图所示的“路面--汽车--人” 系统的框图来分析：
随机振动的基本概念
振动 加速 度 时间 汽车车厢地板上测得的振动加速度波形 • 振动加速度随时间的变化是不确定的，这 种随时间变化的不规则振动叫随机振动。 • 随机振动是非周期振动，振动加速度里面有 各种频率成分。
• 标准规定靠背水平轴向可以由椅面水平轴向代替，此时轴 加权系数取k＝1.4。因此，我国在修订的相应标准GB／ T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验力法》时， 评价汽车平顺性就考虑椅面Xs、Ys、Zs三个轴向。 • 新标准 GB／T4970-2009采用座椅、靠背和脚三个点、各 三个方向的线振动，共9个轴向
• 汽车是一个复杂的振动系统，应根据所分析的问 题进行简化。
第六章 汽车的平顺性
• 左图是把汽车车身质量看作为刚体的 立体模型。 • 汽车的悬挂(车身)质量为m2，它由车 身、车架及其上的总成所构成。该质 量绕通过质心的横轴y的转动惯量为 Iy，悬挂质量通过减振器和悬架与车 轴、车轮相连接。 • 车轮、车轴构成的非悬挂(车轮)质量 为m1。车轮再经过具有一定弹性和 阻尼的轮胎支承在不平的路面上。 • 在讨论平顺性时，这一立体模型的车 身质量主要考虑垂直、俯仰、侧倾3 个自由度，4个车轮质量有4个垂直自 由度，共7个自由度。
2009 《汽车平顺性试验方法》
我们国家的GB/T 13441.1-2007 《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动 的评价 第1部分：一般要求》也是等效采用等效采用ISO2631-1：1997(E) 制定的
人体坐姿受振模型
• ISO2631—1：1997(E)标准 规定了图6—2所示的人体坐 姿受振模型。 • 在进行舒适性评价时，它除 了考虑座椅支承面处输人点 3个方向的线振动，还考虑 该点3个方向的角振动，以 及座倚靠背和脚支承面两个 输入点各3个方向的线振动， 共3个输入点12个轴向的振 动。
ISO2631—1：1997(E)标准还规定了 站姿和卧姿受振模型
人体对不同方向的振动敏感性不一样
• 在表6-1给出了对各轴向的轴加权系数，系数越大，对此轴向振动越敏感
人体对不同频率的振动敏感性不一样
• 在图6-3给出了 各轴向0.580Baidu Nhomakorabeaz的频率加
权函数(渐进线，
也就是近似的)， 函数值越大， 对此频率处的 振动越敏感
平顺性的评价方法
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算 B、再按下式计算加权加速度均方根值：
1 2
1 T 2 aw [ aw (t )dt ] T 0
式中，T为振动的分析时间，课本建议一般取120s。
这种方法是时间域内计算的方法
平顺性的评价指标
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw的计算
人体对不同频率的振动敏感性不一样
ISO2631－1：1997(E) 规定的频率加权函数（与课本图6-3对照）
第六章 汽车的平顺性
• 另外，ISO2631—1：1997(E)标准还规定，当评价振动对 人体健康的影响时，就考虑xs、ys、zs这三个轴向，且 xs、ys两个水平轴向的轴加权系数取k=1.4，比垂直轴向 更敏感。
平顺性的评价方法
• 注意几个符号
– a(t)：加速度的时间历程，是时间t的函数，是瞬时值 – aw(t) ：加权后的加速度的时间历程，也是时间t的函数；下标w
（ weighted）代表加权的意思，也是瞬时值，一般来讲aw(t) ≠ a (t)
– aw：一段时间T内的加权加速度的均方根值，不是瞬时值
x rms 2 x
1 T lim [ x(t ) x ]2 dt T T 0
x x2
平顺性的评价方法
• 两种方法：
– 基本评价方法－加权加速度均方根aw – 辅助评价方法－振动剂量VDV
基本评价方法：当 振动波形峰值系数 <9时采用 适用于一般汽车行 驶
– 表6—2给出了加权振级和加权加速度均方根值 与人的主观感觉之间的关系
GB/T 4970-1996 称Law为等效均值 • 振动加速度aw增大10倍， Law增加20dB
平顺性的评价指标 a 应该为a
w
v
0.5
ISO2631
平顺性的评价指标
• （二)辅助评价方法：
• 当峰值系数＞9时，ISO2631—1：1997(E)标准规 定用均4次方和根值的方法来评价，它能更好地估 计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人 体的影响，此时采用辅助评价方法——振动剂量值 (VDV,vibration dose value)为：
• 把质量为m2，转动惯量 为Iy的车身按动力学等 效的条件分解为前轴上、 后轴上及质心C上的三 个集中质量m2f、m2r、 m2c，三个质量由无质 量的刚性杆连接，它们 的大小由下述三个条件 决定：
第六章 汽车的平顺性
1)总质量不变： 2)质心位置不变：
m2 f m2 r m2c m2 m2 f a m2 r b 0
第六章 汽车的平顺性
• 注意区别：
– 悬挂质量和非悬挂质量： 悬挂质量是悬架主弹簧上的质量，也称簧载质量，包括车身、 车架、发动机等；非悬挂质量是弹簧之下的质量，也称非簧 载质量，包括车轮，非独立悬架的车桥。联接车轮和车身、 车架的那部分元件的质量要按照其相应的功能关系分成悬挂 质量和非悬挂直量
• 研究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
第六章 汽车的平顺性
讲述内容: • §6.1 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体对振动的反应 平顺性的评价方法
• §6.3 振动
汽车振动系统的简化和单质量系统的
汽车振动系统的简化 中间涉及到功率谱密度的概念，需要专门讲述
第六章 汽车的平顺性
• 引言:
– 平顺性的含义:
汽车的平顺性就是保持汽车在行驶过程中产生 的振动和冲击对承员舒适性的影响在一定界限之内， 对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。 平顺性主要是根据乘员的舒适性感觉来评价,但一些 标准往往是采用客观评价指标。 平顺性是舒适性的主要内容
几个概念：信号x（物理量）均值 2 和均方值ψ2 μ、方差σ
1 T 均值 x lim x(t )dt T T 0 1 T 2 2 均方值 x lim x (t )dt T T 0
均方根值
方差
标准差
2 x
•重要结论： 当均值为零时， 方差等于均方值， 标准差等于均方 根值
第六章 汽车的平顺性
• 汽车对称于其纵轴线且左、右车 辙的不平度函数x(I)＝y(I)（也就 是左右车辙相同），此时汽车车 身只有垂直振动和俯仰振动，这 两个自由度的振动对平顺性影响 最大。
• 左图为汽车简化成4个自由度的 平面模型。
• 在这个模型中，又因轮胎阻尼较 小而予以忽略
第六章 汽车的平顺性
2 y


2 y
ab
称为悬挂质量分配系数
当ε=1时，联系质量m2c=0。 根据统计，大部分汽车的ε=0.8-1.2， 接近1。在ε=1的情况下，前、后轴上 方车身部分的集中质量m2f、m2r的垂 直方向运动是相互独立的
第六章 汽车的平顺性
• 在ε＝1的情况下，当前 轮遇到路面不平度面引 起振动时，质量m2f运 动．而质量m2r不运动； 反之亦然。 因此，在这种特殊情况 下，可以分别讨论图6— 12上m2f和前轮轴以及 m2r和后轮轴所构成的两 个双质量系统的振动。 经常称为1/4汽车模型