第6章汽车舒适性

约在1Hz~2Hz。如果在共振点上加振，人的抗振能力会严重下
降，氧气消耗量剧增，能量代谢加快。
•研究汽车行驶平顺性实际上要解决两方面的问题：一是如何
避免汽车这个“震动系统”的“共振”现象；二是使“震动系
统”输出的震动频率避开人体敏感的范围，震动加速度不超过
人体所能承受的强度。
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•6.1.2 行驶平顺性的评价
第6章汽车舒适性
•测试仪器系统的频率范围应当不小于0.1~300Hz，动态范 围不小于60dB。传感器一般采用压电式加速度计。测量坐 垫上的加速度时，要把传感器安装在一个半刚性的垫盘内， 盘的最大厚度为12mm，盘的直径为 200±50mm。
•为了保证记录信号的精度和适应以后处理，在测试时要满 足以下要求： • 1）记录电平 磁带记录仪一般有10mV左右的噪声电压， 记录的信号电压保持在1V左右比较合适，这样可以保证信 噪比在40dB以上。 • 2）记录时间 根据实测得到的有限长度记录，在数据处 理设备上计算出的功率谱等参数只是所研究参数的估计值。 以功率谱为例，其估计值波动的大小用标准化随机误差表 示，它与分析带宽以及记录时间有关。
•人体是一个复杂的机械震动系统，人体对震动的反应既与震动 频率及强度、震动作用方向和暴露时间有关，也与乘员的心理、 生理状态有关。
•通过大量的震动试验表明，人体对不同方向的震动存在差异，
对上下震动忍耐性最强，其次是前后震动，对左右震动最敏感。
人体上下震动的共振点大约在4Hz~8Hz，水平震动的共振点大
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•3.轮胎
•轮胎对行驶平顺性的影响主要取决于轮胎的径向 刚度，适当减小轮胎径向刚度，可以改善行驶平 顺性。比如采用子午线轮胎径向刚度减小，轮胎 的静挠度增加40%以上，行驶平顺性得到改善。 但轮胎刚度过低，会引起侧向偏离加大，影响汽 车的操纵稳定性。在使用中，通过动平衡试验消 除轮胎的动不平衡现象，也是保证行驶平顺性的 必要措施。
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•频率加权函数w(t) （渐进线）可用以下公式表示， 式中频率f的单位为Hz
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•2）对记录的加速度时间历程a(t)进行频谱分析
得到功率谱密度函数
，按下式计算
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•2.总加权加速度均方根值
•当同时考虑椅面
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
第6章汽车舒适性
2020/11/26
第6章汽车舒适性
•6.1 汽车行驶的平顺性
•平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价。对于载 货汽车还包括保持货物完好的性能。行驶平顺性既是决 定汽车舒适性最主要的方面，它本身也是评价汽车性能 的主要指标。 •6.1.1 汽车震动及其传递途径 •影响因素: •■行驶路面的凹凸不平 •■高速旋转的轮胎和传动轴 •■发动机的转矩变化
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•4.座椅
•座椅的布置对平顺性有较大的影响。接近车身中 部的座位振幅较小，前、后两端的座位振幅较大， 在相同频率下乘员感受到的震动加速度就不一致， 所以轿车的座位均布置在前后轴轴距之内。载货汽 车和公共汽车，为了减少水平前后方向的振幅，座 位在高度方向上应尽量缩小与重心间的距离。
•座垫也有一定减振作用。座垫的刚度和阻尼要作 适当选择，以使人一座椅系统的固有频率避开人体 最敏感的4~8Hz范围，同时应使阻尼系数达到0.2 以上。
• 图6.4 各轴向频率加权函数（渐进线）
第6章汽车舒适性
•表6.1给出了三个输入点12个轴向，分别选用哪 一个频率加权函数和相应的轴加权系数k。
位置 座椅支承面
靠背 脚
坐标轴名称
xs ys zs rx ry rz xb xb xb xf xf xf
频率加权函数
ωd ωd ωk ωe ωe ωe ωc ωd ωd ωk ωk ωk
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•行驶平顺性问题可以用下图方框图来分析 •图6.1 汽车震动系统方框图
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•上述诸多“信号”不断地“输入”行驶中的汽车，而汽车 又可以看作是由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬 架质量及非悬架质量构成的“震动系统”。各种“输入” 信号沿不同的路径传至乘员人体，其主要传递路径如图6.2 所示。
•在工程上，一般满足 ≤0.2即可，当选择分析带宽 出需要的记录时间 T=125s。
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•2.性试验数据的采集和处理
•平顺性试验要采集各种震动与冲击信号，特别是大量随 机震动信号，然后以计算机为主体，配以采样、模一数 转换以及各种软硬件的数据处理系统，进行平顺性评价 指标、频谱及频率响应函数的处理。 •（1）测试仪器系统 •测试仪器系统包括加速度传感器、前置放大器和磁带 记录仪或数据采集器。图6.5为测试仪器系统的框图。
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•（4）实际路面随机输入行驶试验
•此项试验是评定汽车平顺性的最主要试验。按照 GB/T4970—1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》 进行。 •各种车辆因工作条件不相同、试验要求的路况、车速、 传感器安装位置等也有所不同。 •平顺性随机输入试验主要以总加权加速度均方根值 来 评价。根据试验中记录的震动加速度时间历程，通过数据 处理设备得到加速度功率谱密度，并可计算各1/3倍频程 带宽中心频率 的加速度均方根 ，进而可求得 。这 些评价指标随车速的变化曲线称为“车速特性”，可用于 整个使用车速范围内全面地评价汽车平顺性。
加权加速度均方根值 2）
<0.315 0.315~0.63
1.5~1.0 0.8~1.6 1.25~2.5
>2.0
/（m·s-
加权振级 /dB
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 很平舒适 极不舒适
•表6.2 和 与人的主观感觉之间的关系
式计算
•式中， • •
——为前后方向（轴方向）加权加速度均方根值； ——为左右方向（轴方向）加权加速度均方根值； ——为前后方向（轴方向）加权加速度均方根值。
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•3.加权振级与加权加速度均方根值的换算 •目前在具体测量时，有些“人体振动测量仪”采用加 权振级 ，加权振级表明振动的量级，可以理解为用 分贝值表示的加权加速度均方根值。它与加权加速度 均方根值 的换算按下式进行
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•（2）悬挂系统部分固有频率（偏频）和阻尼比的测定
•将汽车前轮、后轮分别从一定高度抛下，记录 车身和车轮质量的衰减震动曲线，见图6.4。
•图6.4 悬挂系统衰减震动曲线
•a）车身震动 b）车轮震动
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•将汽车前轮、后轮分别从一定高度抛下，记录车身和 车轮质量的衰减震动曲线，见图6.4。由图上曲线可以 得到车身质量震动周期Tr和车轮质量震动周期 ，然 后按下式算出各部分固有频率： •车身部分固有频率 •车轮部分固有频率
•式中， 为参考加速度均方根值，10-6m·s-2； 为 加权振级，dB。
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•ISO2631—1∶1997（E）标准给出了在1~80Hz振动频 率范围内人体对振动的主观感觉（表6.2）；由以上计 算得到的加权加速度均方根值与表6.2比较，可得知人 的主观感觉程度，即可评价汽车的平顺性优劣。
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•1.单轴向加权加速度无度方根 •用基本的评价方法来评价时，先计算各轴向加权加速度均 方根值。
•具体计算方法如下： • 1）对记录的加速度时间历程a(t)，通过相应频率加权函 数w(t)的滤波网络得到加权加速度时间历程 ，按下式 计算加权加速度均方根值:
•式中，T为振动的分析时间，一般取120s。
•由车身和车轮部分的衰减率
•按下式求出阻尼比 、
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•（3）汽车震动系统的频率响应函数的测定 •在实际随机输入的路面上或在电液震动台上，给车轮 0.5~30Hz范围的震动输入，记录车轴、车身、座垫上各 测点的震动响应；然后由数据统计分析仪处理，按车轴/ 输入、车身/车轴、坐垫/车身可相应得到车轮、悬架、座 垫各环节的频率响应函数。其幅频特性的峰值所在频率 即为各环节的固有频率，峰值幅值可用于近似求出各环 节的阻尼比
•目前对行驶平顺性的评价仍是以人的主观感觉为最终 依据，它既要受震动环境特点的影响，又要受人的心 理、生理因素的影响，所以这种评价和衡量是非常困 难和复杂的。
•1997年分布了ISO2631-1《人体承受全身震动评
价——第一部分：一般要求》。ISO2631-1∶1997
（E）标准规定了人体坐姿受振模型（图6.3）。模
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•2.悬架阻尼
•悬架系统的阻尼主要来自减振器、钢板弹簧叶 片之间的摩擦以及轮胎变形时橡胶分子间的摩 擦。其作用是使车身的震动迅速衰减，减小传 递给乘员和货物的震动加速度，缩短震动时间， 改善行驶平顺性，还能改善车轮与道路的接触 状况，防止车轮跳离地面，提高操纵稳定性。 在使用中，应防止减振器失效及弹簧片生锈锁 住，影响行驶平顺性。
型表明在进行舒适性评价时，它除了考虑座椅支承
面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向
的角振动（
）以及座椅靠背和脚支承面两
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。
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•图6.3 人体坐姿受振模型
•图6.4 各轴向频率加权函数（渐进线）
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•此标准认为人体对不 同频率振动的敏感程 度不同，在图6.4上给 出了各轴向0.5~80Hz 的频率加权函数（渐 进线），又考虑不同 输入点、不同轴向的 振动对人体影响的差 异，还给出了各轴向 振动的轴加权系数k。
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•（5）汽车驶过凸块或凹坑脉冲输入行驶试验 •汽车行驶时偶尔会遇到凸块或凹坑，其冲击会影响汽 车平顺性，严重时会损害人体健康，破坏运载的货物。 此项试验按GB/ 4970—1996《汽车平顺性单脉冲输入 行驶试验方法》进行，汽车以一定车速驶过规定尺寸 的三角形凸块得到脉冲输入。评价指标用坐垫上和地 板上加速度最大值或加权加速度最大值。
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•5.非悬架质量 •非悬架质量对汽车的平顺性有较大的影响，其 质量的大小直接影响到传递到车身上的冲击力。 质量越小，冲击力越小，反之将加大。非悬架 质量对行驶平顺性的影响，常用非悬架质量与 悬架质量之比m/M来评价，此比值轿车一般在 10.5%~14.5%之间，以小些为好。
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•6.1.3 改善平顺性的途径
•1.悬架结构 •减小悬架刚度，降低固有频率，可以减少由于不平路 面而引起乘员承受的加速度值，这是改善平顺性的基 本措施。 • •为避免出现“共振”，前、后悬架的固有频率应避开 激振频率。另外，由于来自路面的激振先作用于前轮， 然后才作用到后轮，为减轻由此引起的纵向角震动， 前悬架的固有频率应略低于后悬架，亦即前悬架刚度 略低于后悬架。
•6.1.4 汽车平顺性的试验 •1.平顺性试验的主要内容
•（1）汽车悬挂系统的刚度、阻尼和惯性参数的测定 •通过测定轮胎、悬架、座垫的弹性特性（载荷与变形的 关系曲线），可以求出在规定载荷下轮胎、悬架、座垫的 刚度。由加、卸载曲线包围的面积，可以确定这些元件的 阻尼。另外，还要测量悬挂（车身）质量、非悬挂（车轮） 质量、车身质量分配系数等。
轴加权系数k
1.00 1.00 1.00 0.63 0.40 0.20
0.80 0.50 0.40
0.25 0.25 0.40
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•以前，有关标准及文章对人体的评价，用疲劳——降低工效 界限，降低舒适界限以及加权加速度均方根值等指标对货车 车厢振动的评价，用加速度均方根值和加速度功率谱密度函 数。ISO2631-1∶1997（E）标准规定，当振动波形峰值系数 <9（峰值系数是加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均 方根值的比值）时，用基本的评价方法——加权加速度均方 根值来评价振动对人体舒适和健康的影响。根据测量，这一 方法对各种汽车在正常行驶工况下均适用。
•图6.2 汽车行驶震动传递路径不意图
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•作为系统的“输出”，是人体或货物受到的震动，其中最重要 的是震动的频率和震动加速度。任何一个“震动系统”均有一 个“固有频率”，当外界激振频率接近或等于“固有频率”时， 将出现“共振”现象，产生剧烈的震动，这既要影响汽车的操 纵稳定性，也要影响行驶平顺性。