第六章++汽车的平顺性

强度
作用方向 人体对水平方向的振 动比垂直方向更敏感
持续时间
思考： 思考：公交车和长途 客车在设计时对平顺 性的要求有何不同？ 性的要求有何不同？
传至人体的振动加速度
国际、 国际、国内与平顺性评价方法相关的标准 1974年国际标准化组织制定了国际标准 年国际标准化组织制定了国际标准ISO2631：《人 年国际标准化组织制定了国际标准 ： 体承受全身振动评价指南》 体承受全身振动评价指南》
振动系统 弹性元件 阻尼元件 车身、 车身、车轮质量
输入 路面不平度 车速 发动机、 发动机、传动系和车轮等旋 转部件的非平衡干扰 输出 车身传至人体的加速度 悬架弹簧的动挠度 车轮与路面间的动载荷
本章将 不考虑
本章将围绕人体对振动的反应和平顺性 的评价指标、路面不平度的统计特性（ 的评价指标、路面不平度的统计特性（振动 系统的输入）、振动系统的动力学分析、 系统的输入）、振动系统的动力学分析、振 ）、振动系统的动力学分析 动系统的输出特性等内容而展开。 动系统的输出特性等内容而展开。
2
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思考：为什么乘以系数1.4？ 思考：为什么乘以系数 ？ （3）总加权振级Law
Law = 20lg(aw / a0 )
a0—参考加速度均方根值， a0 参考加速度均方根值，
=10−6 m/s2 。
（4）评价方法
Law和aw与人的主观感觉之间的关系 加权加速度均方根值a 加权加速度均方根值 w <0.315 0.315～0.63 ～ 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0 加权振级L 加权振级 aw 110 110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128 126 人的主观感觉 没有不舒适 有一些不舒适 相当不舒适 不舒适 很不舒适 极不舒适
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2）频谱分析法 对 a( t ) 进行频谱分 析，得到功率谱密度 函数a ( f ) G 。
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1 T 2 aw = ∫ aw (t )dt T 0
80W 2 ( f )G ( f )df aw = ∫ a 0.5
各轴向的频率加权函数（渐近线） 各轴向的频率加权函数（渐近线） 频率加权函数
空间频率和时间频率谱密度的关系
Gq(f)
∆f =
2
1 ∆n 2
时间频率谱密 度Gq(f)
∆f = ∆n
1 1 2 1 f
∆f = 2∆n
Gq (n)
∆n
空间频率谱 密度G 密度 q(n)
σ
速度u不同时， 速度 不同时，空 不同时 间频率与时间频 率的关系 n
2 q~∆n
n 1 2 u Gq ( f ) = Gq ( n0 ) = Gq ( n0 ) n0 2 u f n0
只考虑 xs、ys、zs 这三 个轴向振动，且xs、 ys 两 个轴向振动， 个水平轴向的轴加权系数 =1.4。 取 k=1.4。 =1.4
靠背水平轴向 xb、yb 可以由椅面水平轴向 xs、ys 代替，此时轴加权系数取 代替， k=1.4。 。
我国标准规定， 我国标准规定，评价汽车平顺性时就考虑椅面 xs、ys、zs 三个轴向振动。 三个轴向振动。
1.路面不平度函数
路面相对基准平面的高度 q ，沿道路走向长度 I 的变化 q（I）称为路面不平度函数。 （ ）称为路面不平度函数。 用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。 用水准仪或路面计可以得到路面不平度函数。
2.路面不平度的功率谱密度 Gq (n) 1）Gq (n)的拟合公式
n Gq ( n) = Gq ( n0 ) n0
1 4
T a4 (t )dt / m −1.75 VDV = ∫ w s 0
第二节 路面不平度的统计特性
本节将介绍路面空间频率的功率谱密度，路面 本节将介绍路面空间频率的功率谱密度， 等级，时间频率的功率谱密度等。 等级，时间频率的功率谱密度等。
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一、路面不平度的功率谱密度
−W
n—空间频率（m-1），表示每米长度包括几个波长； —空间频率 ，表示每米长度包括几个波长； n0—参考空间频率，n0=0.1m-1； 参考空间频率，
Gq (n0 ) — 参考空间频率下的路面功率谱密度，也称路 参考空间频率下的路面功率谱密度，
面不平度系数； 面不平度系数； W—频率指数。 —频率指数。
人体对不同频率的振动敏感程度不同
zs 最敏感的频率范
围是4～ 围是 ～12.5Hz。在4～ 。 ～ 8Hz频率范围，人的内 频率范围， 频率范围 脏器官产生共振； ～ 脏器官产生共振；8～ 12.5Hz频率范围，对人 频率范围， 频率范围 的脊椎系统影响很大。 的脊椎系统影响很大。
xs、ys 最敏感的频率范
2）路面不平度8级分类标准
路面等级 A B C D E F G H Gq(n0)/(10-6m3) （n0=0.1m-1） 几何平均值 16 64 256 1024 4096 16384 65536 262144 σq /(10-3m) 0.011m-1<n<2.83m-1 几何平均值 3.81 7.61 15.23 30.45 60.90 121.80 243.61 487.22
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果 轿车上振动测量结果 位置 坐标轴 名称
xs
频率加 权函数 wd wd wk we we we
轴加权 系数k 系数 1.00 1.00 1.00 0.63 0.40 0.20
加权加速度 均方根值 0.080 0.114 0.407 0.106 0.085 0.011
围是0.5～ 围是 ～2Hz。大约在 。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 以下， 垂直振动更敏感， 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振， 产生共振，故应对水平振动 给予充分重视。 给予充分重视。
二、平顺性的评价方法
1.基本评价法
（1）计算各轴向加权加速度均方根值aw 1）滤波网络法 将测得的 a( t ) 通过相 应的频率加权函数 w( f ) 的滤波网络， 的滤波网络，得到加权加 速度时间历程 aw ( t )。
靠背
xb yb zb xf yf zf
av = ( ∑a
1 2 2 vj
wc
wd wd wk wk wk
脚
)
2.辅助评价法
当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997（E）标准规定用 时 - ： （ ） 加权加速度4次方根值评价。 加权加速度 次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大 次方根值评价 的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。 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 振动剂量值。 评价方法 —— 振动剂量值。
评价指标 加权加速度均方根值 撞击悬架限位的概率 行驶安全性
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
本节将学习人体对振动的反应、 本节将学习人体对振动的反应、人体坐 姿受振模型、平顺性的评价方法等。 姿受振模型、平顺性的评价方法等。
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一、人体对振动的反应
人体对振动的反应
主观因素 心理 生理
频率 垂直方向4～ 垂直方向 ～12.5Hz 水平方向0.5～ 水平方向 ～2Hz 人体最敏感 客观因素
2 σq~∆n
σ
2 路面功率谱密度在频带Δn内包含的“功率”。 内包含的“ 内包含的 功率” q~∆n —路面功率谱密度在频带
∆n→0
∆n
Gq ( f ) = lim
∆f →0
2 σq~∆n
∆f
将 ∆f
= u∆n 代入
Gq ( f ) =
∆n→0
lim
σ
u∆n
2 q~∆n = 1 G ( n) q u
Gq (n) → Gq (f )
车速
f = un
∆f = u∆n
当空间频率 n 或带宽 ∆n 一定时，时间频率 f 一定时， 与带宽∆f 与带宽 随车速成正比 变化。 变化。
单位频带内的“功率” 均方值）即为功率谱密度。 单位频带内的“功率”（均方值）即为功率谱密度。 空间频率的功率谱密度
Gq ( n) = lim
峰值 系数 5.0 4.7 5.5 4.9 5.0 4.5
座椅 支承 面
ys zs
rx
ry
rz
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果 轿车上振动测量结果 位置 坐标轴 名称 频率加 权函数 轴加权 系数k 系数 0.80 0.50 0.40 0.25 0.25 0.40 加权加速度 均方根值 0.212 0.087 0.140 0.090 0.093 0.319 0.628 峰值 系数 4.3 4.4 4.9 5.4 5.1 6.2
第六章 汽车的平顺性
本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。 本章重点研究路面不平引起的汽车振动问题。 本章将具体研究以下内容： 本章将具体研究以下内容：人体对振动的反应和平 顺性的评价；路面不平度的统计特性； 顺性的评价；路面不平度的统计特性；汽车振动系统的 简化， 简化，系统的频率响应特性和系统参数对振动响应参数 的影响；汽车平顺性的测试等。 的影响；汽车平顺性的测试等。
人体坐姿受振模型
个输入点、 个方向的振动 共3个输入点、12个方向的振动 个输入点
频率加权函数和轴加权系数
位置 坐标轴名称 频率加权函数 wd wd wk we we we 轴加权系数k 轴加权系数 1.00 1.00 1.00 0.63 0.40 0.20 0.80 0.50 0.40 0.25 0.25 0.40
−2
ɺ q(t ) = dq(t ) / dt
2
ɺɺ q(t ) = d2q(t ) / dt 2
路面不平度分级图