第6章汽车舒适性
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第六章汽车行驶的平顺性
第六章汽车⾏驶的平顺性第六章汽车⾏驶的平顺性6.1 平顺性的评价汽车⾏驶平顺性，是指汽车在⼀般⾏驶速度范围内⾏驶时，能保证乘员不会因车⾝振动⽽引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整⽆损的性能。
由于⾏驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，⼜称为乘坐舒适性。
汽车作为⼀个复杂的多质量振动系统，其车⾝通过悬架的弹性元件与车桥连接，⽽车桥⼜通过弹性轮胎与道路接触，其它如发动机、驾驶室等也是以橡胶垫固定于车架上。
在激振⼒作⽤(如道路不平⽽引起的冲击和加速、减速时的惯性⼒等)以及发动机振动与传动轴等振动时，系统将发⽣复杂的振动。
这种振动对乘员的⽣理反应和所运货物的完整性，均会产⽣不利的影响；乘员也会因为必须调整⾝体姿势，加剧产⽣疲劳的趋势。
车⾝振动频率较低，共振区通常在低频范围内。
为了保证汽车具有良好的平顺性，应使引起车⾝共振的⾏驶速度尽可能地远离汽车⾏驶的常⽤速度。
在坏路上，汽车的允许⾏驶速度受动⼒性的影响不⼤，主要取决于⾏驶平顺性，⽽被迫降低汽车⾏车速度。
其次，振动产⽣的动载荷，会加速零件磨损乃⾄引起损坏。
此外，振动还会消耗能量，使燃料经济性变坏。
因此，减少汽车本⾝的振动，不仅关系到乘坐的舒适和所运货物的完整，⽽且关系到汽车的运输⽣产率、燃料经济性、使⽤寿命和⼯作可靠性等。
汽车⾏驶平顺性的评价⽅法，通常是根据⼈体对振动的⽣理反应及对保持货物完整性的影响来制订的，并⽤振动的物理量，如频率、振幅、加速度、加速度变化率等作为⾏驶平顺性的评价指标。
⽬前，常⽤汽车车⾝振动的固有频率和振动加速度评价汽车的⾏驶平顺性。
试验表明，为了保持汽车具有良好的⾏驶平顺性，车⾝振动的固有频率应为⼈体所习惯的步⾏时，⾝体上、下运动的频率。
它约为60～85次/分(1HZ ～1.6HZ)，振动加速度极限值为0.2～0.3g。
为了保证所运输货物的完整性，车⾝振动加速度也不宜过⼤。
如果车⾝加速度达到1g，未经固定的货物就有可能离开车厢底板。
中职教育-《汽车运用工程》第四版课件：第六章 汽车通过性和汽车平顺性(二).ppt
2.1/3倍频带分别评价法 上限频率、下限频率与中心频率的关系为
f u 1.12 f c (6-30)
f
l
0.89 f c
分析带宽为 f fu fl
(6-31)
2.1/3倍频带分别评价法
将振动传至人体加速度p(f)的功率谱密度Gp( f )，对 所对应的1/3倍频带各中心频率fci在带宽Δfi区间积分， 得到各个1/3倍频带的加速度均方根值分量σpi，即
3.总加权值评价法
➢ 在处理平顺性试验结果或计算设计参数对 振动的影响时，通常还采用传至人体振动 的加速度均方根值σp或车身振动的加速度均 方根值σz作为评价平顺性的指标。
➢ 这种方法较简单，适用振动频率分布相似 的条件下进行对比。
3.总加权值评价法
σp和σz值等于1～80Hz中20个1/3倍频带加速度均 方根值分量σpi或σzi平方和的平方根。即
共振的行驶速度远离汽车行驶的常用速度。
➢ 在坏路上，汽车的允许行驶速度受动力性的影 响不大，主要取决于行驶平顺性，而被迫降低 汽车行车速度。
➢ 振动产生的动载荷，会加速零件磨损乃至引起 损坏。
➢ 振动还会消耗能量，使燃料经济性变坏。
第六章 汽车通过性和汽车平顺性 第一节 汽车通过性 第二节 汽车行驶平顺性
➢ 在一定频率下，随着暴露(承受振动)时间 加长，感觉界限容许的加速度值下降。
➢ 可用达到某一界限允许暴露时间来衡量人 体感觉到的振动强度的大小。
1.平顺性评价指标
由图6-15的曲线族可知
➢ 人体最敏感的频率范围，对于垂直振动为 4~8Hz；对于水平振动为1~2Hz以下。
➢ 在2.8Hz以下，同样的暴露时间，水平振 动加速度容许值低于垂直振动。
➢ 在激振力作用(如道路不平而引起的冲击和加速、 减速时的惯性力等)以及发动机与传动轴等振动 时，系统将发生复杂的振动。
汽车理论期末考试复习题库
汽车理论第一章汽车的动力性一、选择题1．汽车的驱动力取决于（D ）A．发动机B．传动系统C．汽车动力装置D．路面E．汽车动力装置及路面共同决定2．以下说法正确的是（C ）A．汽车的最高车速指发动机以最大功率且变速器以最高档位运行时对应的行驶车速B．汽车的静力半径小于自由半径C．汽车的驱动力与传动系统的机械效率无关D．汽车滚动阻力的形成原因主要是车轮与地面之间的摩擦力3．汽车的滚动阻力系数受那些因素影响（）车速、路面条件、轮胎结构和气压、转向、驱动力A．车速B．路面类型C．轮胎的结构和胎压D．空气升力4．改善汽车的空气阻力，最常用的方法是（）A．减小迎风面积B．减小行驶车速C．减小空气阻力系数D．增加下压力5．若四轮驱动汽车前轮附着率小于后轮附着率，则哪个车轮先出现打滑（）A．无法判断B．前轮C．后轮D．同时打滑6．采用液力变矩器的汽车主要是为了（）A．提高燃油经济性B．提高动力性C．兼顾考虑燃油经济性和动力性D．提高起步、换挡的平顺，使发动机不易熄火7．要想使汽车一直以最大动力行驶，则应使发动机工作在（）A．最大功率B．最大扭矩C．最高转速D．最大负荷8. 驱动防滑和ABS的作用分别是防止车轮( )A．滑转、滑移 B.都防止滑转C．都防止滑移 D.滑移、滑转二、填空题1．随着驱动力系数的加大，滚动阻力系数越大2．汽车的动力性能不只受驱动力的制约，还受到的限制3．如将发动机的功率、转矩以及燃油消耗率与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示，则此曲线称为，如果发动机节气门全开，且不带附属设备，则此曲线称为，若发动机节气门全开，且带上附属设备，则此曲线称为，若节气门部分开启，则称为。
在进行汽车动力性计算时，理论上应采用发动机的曲线。
4．请写出汽车驱动力与行驶阻力平衡方程的详细表达式5．地面对轮胎反作用力的极限值，称为附着力。
6．传动系功率损失可分为和液力损失7．汽车在硬路面上行驶，形成滚动阻力的主要原因是轮胎变形8．空气阻力可分为压力阻力和摩擦阻力，其中压力阻力包括形状阻力、干扰阻力内循环阻力、诱导阻力四部分。
交通安全工程第6章-车辆因素与交通安全(1)
制动性直接关系到道路交通安全，重大交通事故往往 与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关。
我国标准《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2012) 规定，机动车应设置足以使其减速、停车和驻车的制 动系统或装置，且行车制动的控制装置与驻车制动的 控制装置应相互独立。
第6章 车辆因素与交通安全
时，随着车速的增加， 不足转向汽车的转向
半径R增大;中性转向
汽车的转向半径维持 不变;而过多转向汽 车的转向半径则越来 越小。
第6章 车辆因素与交通安全
3/84
具有不足转向特性的汽 车操纵稳定性较好。
因为汽车转弯时，离心 力与速度的平方成正比， 与转弯半径R成反比， 因此具有不足转向特性 的汽车，由于转向半径 的增大，使离心力减小， 对安全行驶有利。
第6章 车辆因素与交通安全
15/84
3.汽车制动性能评价指标
评价汽车制动性的三个主要方面为：制动效能、制动 效能的恒定性、制动时方向的稳定性。
（1）制动效能 汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能
力。评定制动效能的指标是制动距离和制动减速度。 1)制动减速度 制动减速度是制动时车速对时间的导数，即 du/dt。
汽车通常设计成具有适 度的不足转向特性，而 不是具有中性转向特性 或过多转向特性。
第6章 车辆因素与交通安全
4/84
2）瞬态响应
在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之 间的过渡过程便是一种瞬态，相应的瞬态运动响应 称为瞬态响应。
如图6-2所示为转向盘转角阶跃输入下的汽车瞬态响应。
第6章 车辆因素与交通安全
4）加装转向助力装置
为了减轻驾驶员转向操纵力，越来越多的汽车加 装了转向助力装置。转向助力装置可以同时满足 转向灵敏性和轻便性。
我国标准《机动车运行安全技术条件》(GB7258-2012) 规定，机动车应设置足以使其减速、停车和驻车的制 动系统或装置，且行车制动的控制装置与驻车制动的 控制装置应相互独立。
第6章 车辆因素与交通安全
时，随着车速的增加， 不足转向汽车的转向
半径R增大;中性转向
汽车的转向半径维持 不变;而过多转向汽 车的转向半径则越来 越小。
第6章 车辆因素与交通安全
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具有不足转向特性的汽 车操纵稳定性较好。
因为汽车转弯时，离心 力与速度的平方成正比， 与转弯半径R成反比， 因此具有不足转向特性 的汽车，由于转向半径 的增大，使离心力减小， 对安全行驶有利。
第6章 车辆因素与交通安全
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3.汽车制动性能评价指标
评价汽车制动性的三个主要方面为：制动效能、制动 效能的恒定性、制动时方向的稳定性。
（1）制动效能 汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能
力。评定制动效能的指标是制动距离和制动减速度。 1)制动减速度 制动减速度是制动时车速对时间的导数，即 du/dt。
汽车通常设计成具有适 度的不足转向特性，而 不是具有中性转向特性 或过多转向特性。
第6章 车辆因素与交通安全
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2）瞬态响应
在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之 间的过渡过程便是一种瞬态，相应的瞬态运动响应 称为瞬态响应。
如图6-2所示为转向盘转角阶跃输入下的汽车瞬态响应。
第6章 车辆因素与交通安全
4）加装转向助力装置
为了减轻驾驶员转向操纵力，越来越多的汽车加 装了转向助力装置。转向助力装置可以同时满足 转向灵敏性和轻便性。
汽车理论第六章答案
−W
当W=2时
⎛n⎞ 1 u ⎜ ⎟ = Gq (n0 )n0 2 2 Gq ( f ) = Gq (n0 )⎜ ⎟ u f ⎝ n0 ⎠
2
2 Gq ( f ) = (2πf ) Gq ( f ) = 4π 2Gq (n0 )n0 u 速度功率谱密度 &
2 加速度功率谱密度 Gq& ( f ) = (2πf ) Gq ( f ) = 16π 4Gq (n0 )n0 uf 2 & 4
§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 1.四轮汽车简化的立体模型
汽车的悬挂质量为：m2（车身、车架等） 汽车的非悬挂质量：m1（车轮、车轴） 汽车共7个自由度：
车身垂直、俯仰、侧倾3个自由度 车轮4个垂直自由度
6-3 单质量系统的振动
一、汽车振动系统的简化
1.四轮汽车简化 的立体模型
⎡ W 2 ( f )G ( f )df ⎤ aw＝ ∫ a ⎢ 0 .5 ⎥ ⎣ ⎦
80
1 2
3)当同时考虑椅面xs、ys、zs，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
av＝ (1.4a xw ) + (1.4a yw ) + a
2 2
[
2 zw
]
1 2
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
1.基本的评价方法 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。具体有两种计算方法： 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(f)的滤波网络得到加权加速度时间历程 aw(t)，按下式计算加权加速度均方根值
⎡1 T 2 ⎤ aw＝ ⎢ ∫ aw (t )dt ⎥ ⎣T 0 ⎦
汽车运用工程第六章 汽车舒适性
6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径
所谓暴露时间是指人体处于振动环境的时间。暴 露时间越长，人体所能承受的振动强度越小。
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“振动系统”的“共振”现 象；二是使“振动系统”输出的振动频率避开人体敏 感的范围，振动加速度不超过人体所能承受的强度。
随着现代文明的进程，汽车越来越多地介入了 社会的各个方面，成为与人们工作和生活紧密相关 的、大众化的产品，汽车作为“活动房间”的功能 日趋完善。与汽车其他性能不同，汽车舒适性各方 面的评价都与人体主观感觉直接相关。
6.1 汽车行驶的平顺性 6.1.1 汽车振动及其传递途径
行驶平顺性问题可以用方框图6.1来分析。行驶中 的汽车是一个复杂的“振动系统”，振动主要是由行驶 路面的凹凸不平、高速旋转的轮胎和传动轴以及发动机 的转矩变化而激发的。这些因素引起的振动又大多与车 速相关，尤其是路面凹凸不平引起的振动，随着车速的 变化，振动的频率和强弱会产生相应的变化。
此标准认为人体对不同频率振动的敏感程度不同。座 椅面输入点（s点） 三个线振动是12个轴向中人体最敏感 的。座椅面垂直轴向zs的频率加权函数最敏感频率范围为 4~12.5Hz。试验表明，在4~8Hz这个频率范围，人的内脏 器官产生共振，而8~12.5Hz频率范围的振动对人的脊椎系 统影响很大。座椅面水平轴向xs、ys的频率加权系数最敏 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。
研究工作和文献的基础上，制定了国际标准ISO2631《人体承受
全身振动能力的评价指南》，该标准是人体承受全身振动评价国
汽车理论第6版清华大学余志生主编课件章节6.6
人应该由两个质量构 成，人—椅系统最好用三 自由度或两自由度表示。
本书将人体视为单质量 系统考虑，故简化为单自由 度系统。
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第六节 “人体—座椅”系统的振动
一、“人体—座椅”系统的传递特性
p q
p z2
z q
p z2
z2 q
p q
p z2
z2 q
p / z2 是“人体—座椅”单质量
系统的幅频特性，与车身单质量系统 的幅频特性相同。
1
p/z2
1 1 λs2
2 ζ s λs 2 2 2 ζ s λs
2
2
s / s
s
Ks ms
s Cs / 2 Ksms
第六节 “人体—座椅”系统的振动
思考：当考虑了 座椅以后，传递 给人体的振动加 速度发生了哪些 变化？
第六节 “人体—座椅”系统的振动
二、“人体—座椅”系统的参数选择
人体垂直方向最敏感的频率范围是4～12Hz
座椅的减振频率是 f 2 fs
f 4Hz
fs 4Hz / 2 3Hz
“人体—座椅”系统的固有频率不能取得太小，否
则与车身部分固有频率 f0 重合，传至人体的振动加速 度会出现峰值，这对平顺性不利。
希望“人体—座椅”系统的阻尼比达到0.2以上。
第六节 “人体—座椅”系统的振动 本节内容结束 下一节
汽车理论
Automobile Theory
主讲人：尹宗军
Email:zjyin2@ifl源自School of Mechanical Engineering Anhui Institute of Information Technology
本书将人体视为单质量 系统考虑，故简化为单自由 度系统。
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第六节 “人体—座椅”系统的振动
一、“人体—座椅”系统的传递特性
p q
p z2
z q
p z2
z2 q
p q
p z2
z2 q
p / z2 是“人体—座椅”单质量
系统的幅频特性，与车身单质量系统 的幅频特性相同。
1
p/z2
1 1 λs2
2 ζ s λs 2 2 2 ζ s λs
2
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s / s
s
Ks ms
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第六节 “人体—座椅”系统的振动
思考：当考虑了 座椅以后，传递 给人体的振动加 速度发生了哪些 变化？
第六节 “人体—座椅”系统的振动
二、“人体—座椅”系统的参数选择
人体垂直方向最敏感的频率范围是4～12Hz
座椅的减振频率是 f 2 fs
f 4Hz
fs 4Hz / 2 3Hz
“人体—座椅”系统的固有频率不能取得太小，否
则与车身部分固有频率 f0 重合，传至人体的振动加速 度会出现峰值，这对平顺性不利。
希望“人体—座椅”系统的阻尼比达到0.2以上。
第六节 “人体—座椅”系统的振动 本节内容结束 下一节
汽车理论
Automobile Theory
主讲人：尹宗军
Email:zjyin2@ifl源自School of Mechanical Engineering Anhui Institute of Information Technology
汽车理论第6章 汽车的平顺性2016
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
16
a(t)
aw(t)
加权函数w(f )的滤波网络 根据IS02631-1:1997(E)设定系数
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
四、平顺性的评价方法
(一)基本的评价方法
2. 对记录的加速度时间历程 间 程a(t)进行频谱分 行 谱 析得到功率谱密度函数 Ga f
汽车理论 Automotive theory
第六章
汽车的平顺性
内容概要
平顺性的基本概念 路面不平度输入 人体对振动的反应以及平顺性评价方法 平顺性研究基本方法、两自由度振动系 平顺性研究基本方法 两自由度振动系 统 主动悬架（了解）
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
11
靠背
脚
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
三、人体对振动的反应
人体对不同频率的振动敏感程度不同 1.
zs 最敏感的频率范围是4～12.5Hz
在4～8Hz频率范围，人的内脏器官产生共振 频率范围 人的内脏器官产生共振 8～12.5Hz频率范围，对人的脊椎系统影响很大
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
wi是功率谱密度为0.1的 白噪声 （Simulink Si i 中的缺省值）
7
二、路面不平度输入
nc =0.01(cycle/m)，车速为20m/s
10 10 10 10 10 10 10
-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8
评价方法： 评价方法
根据乘员舒适程度评价
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
4
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a(t)
aw(t)
加权函数w(f )的滤波网络 根据IS02631-1:1997(E)设定系数
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
四、平顺性的评价方法
(一)基本的评价方法
2. 对记录的加速度时间历程 间 程a(t)进行频谱分 行 谱 析得到功率谱密度函数 Ga f
汽车理论 Automotive theory
第六章
汽车的平顺性
内容概要
平顺性的基本概念 路面不平度输入 人体对振动的反应以及平顺性评价方法 平顺性研究基本方法、两自由度振动系 平顺性研究基本方法 两自由度振动系 统 主动悬架（了解）
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
11
靠背
脚
2016/4/12
汽车理论 wangjx@
三、人体对振动的反应
人体对不同频率的振动敏感程度不同 1.
zs 最敏感的频率范围是4～12.5Hz
在4～8Hz频率范围，人的内脏器官产生共振 频率范围 人的内脏器官产生共振 8～12.5Hz频率范围，对人的脊椎系统影响很大
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
wi是功率谱密度为0.1的 白噪声 （Simulink Si i 中的缺省值）
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二、路面不平度输入
nc =0.01(cycle/m)，车速为20m/s
10 10 10 10 10 10 10
-2 -3 -4 -5 -6 -7 -8
评价方法： 评价方法
根据乘员舒适程度评价
2016/4/12 汽车理论 wangjx@
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汽车文化 第4版 第6章 汽车相关知识
厢式汽车 罐 式 汽 专 用 自 卸 汽 特 种 结 构 汽 起 重 举 升 汽 仓栅式汽车
车
车
车
车
X
G
Z
T
J
C
6.1.3 车辆识别代码(VIN)
世界各国汽车公司生产的汽车普遍采用车辆识别代号编码
VIN(Vehicle Identification Number)。
VIN由一组字母和阿拉伯数字组成，共17位，又称17位识别代
专用作业车specialgoodsvehicle
专用货车specializedgoodsvehicle
6.1.2 国产汽车的编号规则 按照国家标准GB9417-88《汽车产品型号编制规则》，我国的 汽车产品型号由企业名称代号、车辆类别代号、主参数代号、 产品序号组成（必要时附加企业自定代号）。
□□ ○ ○○ ○ ■■
专用客车specialbus
半挂牵引车Semi trailertowingvehicle
货车
普通货车generalpurposegoodsvehicle
goodsvehicle 多用途货车multipurposegoodsvehicle
全挂牵引车trailertowingvehicle
越野货车off roadgoodsvehicle
abc
de
a:企业名称代号; b：车辆类别代号；c:主参数代号；d:
产品序号；e:企业自定代号。
对于专用汽车及专用半挂车还应增加专用汽车分类代号。
□□ ○ ○○ ○ □□□ ■■
a bc d
ef
a:企业名称代号；b:车辆类别代号；c:主参数代号；d:产
品序号；e:专用汽车分类代号；f:企业自定代号。
汽车理论第六章答案
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
一、人体对振动的反应
97标准用加速度均方根值给出了1～80Hz振 动频率范围内人体对振动反应的三个不同 界限。反应界限（疲劳、不舒服）都是由 人体感觉到的振动强度大小和暴露时间长 短综合作用的结果。
暴露界限 疲劳－工效降低界限 舒适降低界限
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
∫
2）均方值
T 2 T − 2
q (t )dt
T 2 T − 2
1 2 E q (t ) = μ q = lim T →∞ T 3）方差
[
]
∫
q 2 (t )dt
σ q2
1 = lim T →∞ T
∫ [q(t ) − μ ] dt
T 2 T − 2 2 q
随机过程统计基础知识
q(t)的5种数字特征： 4）自相关函数 1 Rq (t ) = lim T →∞ T 5）谱密度函数
⎡ T a 4 (t )dt ⎤ VDV＝ ∫ w ⎢0 ⎥ ⎣ ⎦
1 4
ms
−1.75
第六章 汽车的平顺性
§6-2 路面不平度的统计特性
主要内容：
1. 功率谱密度（PSD）－平均能量的谱分布。 2. 空间频率与时间频率的关系。 利用输入的路面不平度功率谱以及车辆系统的频 响函数，可以求出各响应物理量的功率谱，用 来分析振动系统参数对各响应物理量的影响和 评价平顺性。
§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 1.四轮汽车简化的立体模型
汽车的悬挂质量为：m2（车身、车架等） 汽车的非悬挂质量：m1（车轮、车轴） 汽车共7个自由度：
车身垂直、俯仰、侧倾3个自由度 车轮4个垂直自由度
汽车概论第六章汽车性能
影响平顺性的因素
汽车的悬挂质量由车身、车架及其上的总成所构成。悬架 结构、轮胎、悬挂质量和非悬挂质量是影响汽车平顺性的 重要因素。
1. 悬架结构
悬架结构主要指弹性元件、导向装置与减振装置，其中弹 性元件与悬架系统的阻尼对平顺性影响较大。 （1） 弹性元件 （2）阻尼系统的阻尼
2. 轮胎
轮胎由于本身的弹性，在很大程度上吸收了因路面不平所 产生的振动，因此它和悬架系统共同保证了汽车的平顺性
2. 汽车的行驶阻力
（2）空气阻力 汽车直线行驶时所受空气的作用力，在行驶方向上的分力，称为空气阻力
。空气阻力分为压力阻力和摩擦阻力两部分。 （3）坡度阻力 如下图所示，当汽车上坡行驶时，其重力沿坡道斜面的分力表现为对汽
车行驶的一种阻力，称坡度阻力。
汽车的驱动力和行驶阻力
2. 汽车的行驶阻力
（4）加速阻力
车辆坐标系与转向盘阶跃输入下的时域响应
汽车作等速圆周行驶，即汽车转向盘角阶跃输入下进入稳 态响应，其特性成为汽车转向稳态特性。分为不足转向、 中性转向和过度转向三种。这三种不同转向特性的汽车具 有如下图所示行驶特点：
人-车闭路系统
驾驶员-汽车系统是一个闭环控制系统。在汽车行驶过 程中，驾驶员根据需要，操纵转向盘使汽车做转向运动。 路面的凹凸不平、侧风、偏载等影响汽车的行驶。驾驶员 根据道路、交通等情况，通过眼、手及身体感知的汽车运 动状况（输出参数），经过头脑的分析、判断（反馈）， 修正其对转向盘的操纵。如此不断地反复循环，操纵汽车 行驶前进，如下图所示。
2. 制动侧滑 侧滑是指汽车制动时，某一轴的车轮或两轴的车轮发生横 向滑动的现象。
3. 前轮失去转向能力 前轮失去转向能力是指弯道制动时，汽车不再按照原来的 行驶方向而沿弯道切线方向驶出的现象。
汽车理论第六章
u v
因此有 同理有
ax
u v
t
du dt
v d
dt
u vr
ay
v u
t
dv dt
u d
dt
v ur
对二自由度汽车模型进行受力分析，外力沿y轴 方向的合力以及绕质心的力矩分别为
FY FY1 cos FY 2
M Z aFY1 cos bFY 2
b r
u
整理得
FY
k1(
ar
u
) k2(
br )
u
MZ
ak1 (
a r
u
) bk2 (
br )
u
由牛顿定理
FY
k1(
a r
u
) k2(
br
u
) m(v ur )
MZ
ak1 (
且忽略左、右侧车轮由于载荷的变化引起的轮胎特性的改变以及轮胎回正力 矩的作用； • 6）汽车运动时的驱动力不大，因此不考虑地面切向力对轮胎特性的影响； • 7）不考虑空气动力的作用。
2、线性二 y u u
x
y r
2
V
u2
u
b
第六章 汽车的操纵稳定性
第一节 概述
• 汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感
到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循 驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向 行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗 干扰而保持稳定行驶的能力。
• 稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向
的各种外界干扰（路面扰动或风扰 动），并保持稳定行驶而不失去控制， 甚至翻车或侧滑的能力。
汽车理论__第6章汽车的平顺性
第二节 路面不平度的统计特性
在双对数坐标上为一斜线， 式(6－4)在双对数坐标上为一斜线，对实测路面功率谱密度拟合时， － 在双对数坐标上为一斜线 对实测路面功率谱密度拟合时， 为了减少误差， 为了减少误差，在不同空间频率范围可以选用不同的拟合系数进行 分段拟合，但不应超过4段。 分段拟合，但不应超过 段
第六章 汽车的平顺性
内容提要
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 汽车振动系统的简化， 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 车身与车轮双质量系统的振动 双轴汽车的振动 人体－ 人体－座椅系统的振动 汽车平顺性试验和数据处理
引 言
汽车行驶时，由路面不平以及发动机、 汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转 部件激发汽车的振动。通常， 部件激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输 故本章讨论的平顺性(Ride)主要指路面不平引起的汽车 入，故本章讨论的平顺性 主要指路面不平引起的汽车 振动，频率范围约为0.5~25Hz。 振动，频率范围约为 。 汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲 击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内， 击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主 要根据乘员主观感觉的舒适性来评价， 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，它是现代高速汽车的主要性能之一。 保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。 汽车的平顺性可由图6-1所示的 路面一汽车一入” 所示的“ 汽车的平顺性可由图 所示的“路面一汽车一入”系统的框 图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“ 图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输 输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、 入”，此‘输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元 件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递， 件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系 统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度， 统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度， 此加速度通过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平 此加速度通过人体对振动的反应 舒适性来评价汽车的平 顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时， 顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时，通常还要 综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。 综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。它们分 别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。 别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。
第六章汽车的平顺性
Gq (n) (2n)2 Gq (n) Gq(n) (2n)4 Gq (n)
二﹑空间频率功率谱密度 Gq(n) 化为时间频率 功率频谱密度 Gq( f )
考虑车速u的影响 Gq (n) Gq ( f ) 汽车以一定车速u驶过空间频率n的路面平 度时输入的时间频率 f=un
图6—6
时间频率带宽 f un
w02
K m2
q
则齐次方程为：
••
•
z 2n z w02 z 0
阻尼运动的影响取决于n和w0的比值 ，
称为阻尼比
n C
w0 2 m2 K 汽车悬架系统的阻尼 通常在0.25左右，属于小阻尼。
该微分方程的解为 z Aent sin( w02 n2 t a)
图6—14
2．阻尼比对衰减振动的影响
评价方法：根据乘员舒适程度评价
汽车振动系统及其评价指标
输入－振动系统－输出－评价指标
输 入：路面不平度、 车速。 振动系统：弹性元件、阻尼元件、车身、
车轮质量。 输 出：车身传至人体加速度、悬架弹簧
动动挠度、车轮于路面之间的 动载荷。 评价指标：加权加速度均方根值、撞击悬 架限位概率、行驶安全性。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
一 ﹑人体对振动的反应 人体坐姿受振模型：座椅支承面处输入点3个 方向的线振动，及该点3个方向的角振动，座椅 靠背和脚支承面两个输入点个3个方向的线振动。
图6—3 各轴向频 率加权函数
1.人体对振动的响应
人体对振动的响应取决于：①频率与强度； ②作用方向； ③暴露时间。
x(I),y(I)的自谱、互谱分别为
Gxx (n) . Gyy (n). Gxy (n)和 Gyx (n)
二﹑空间频率功率谱密度 Gq(n) 化为时间频率 功率频谱密度 Gq( f )
考虑车速u的影响 Gq (n) Gq ( f ) 汽车以一定车速u驶过空间频率n的路面平 度时输入的时间频率 f=un
图6—6
时间频率带宽 f un
w02
K m2
q
则齐次方程为：
••
•
z 2n z w02 z 0
阻尼运动的影响取决于n和w0的比值 ，
称为阻尼比
n C
w0 2 m2 K 汽车悬架系统的阻尼 通常在0.25左右，属于小阻尼。
该微分方程的解为 z Aent sin( w02 n2 t a)
图6—14
2．阻尼比对衰减振动的影响
评价方法：根据乘员舒适程度评价
汽车振动系统及其评价指标
输入－振动系统－输出－评价指标
输 入：路面不平度、 车速。 振动系统：弹性元件、阻尼元件、车身、
车轮质量。 输 出：车身传至人体加速度、悬架弹簧
动动挠度、车轮于路面之间的 动载荷。 评价指标：加权加速度均方根值、撞击悬 架限位概率、行驶安全性。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
一 ﹑人体对振动的反应 人体坐姿受振模型：座椅支承面处输入点3个 方向的线振动，及该点3个方向的角振动，座椅 靠背和脚支承面两个输入点个3个方向的线振动。
图6—3 各轴向频 率加权函数
1.人体对振动的响应
人体对振动的响应取决于：①频率与强度； ②作用方向； ③暴露时间。
x(I),y(I)的自谱、互谱分别为
Gxx (n) . Gyy (n). Gxy (n)和 Gyx (n)
第六章 汽车的平顺性
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
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。
• 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
• 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。
(完整版)汽车理论课后习题答案第六章汽车的平顺性
第六章6.l 、设通过座椅支承面传至人体垂直加速度的谱密度为一白噪声，Ga ( f )=0.132m -⋅s 。
求在0.5～80H Z 频率范围加权加速度均方根值a w 和加权振级L aw ，并由表6-2查出相应人的主观感觉。
答：21805.02])()([df f G f W a a w ⎰⋅=805.125.1244225.05.121.011.041.0*5.0[dff df df f df ⎰⎰⎰⎰+⋅⋅+⋅⋅+⋅=28.24=⇒)(200a a Lg L waw=70.147)1028.24(206==-Lg查173P 图知：人的主观感觉为极不舒适。
6.2、设车速u =20m ／s ，路面不平度系380q 10*56.2)(G m n -=，参考空间频率n o =0.1-1m 。
画出路面垂直位移、速度和加速度)(G q f 、)(G q f 、)(G q f 的谱图。
画图时要求用双对数坐标，选好坐标刻度值，并注明单位。
解：228220q 20*1.0*10*56.2)()(G f f u n n G f q -==29110*12.5f-= 20*1.0*10*56.2*4)(4)(G 282202q -==ππu n n G f q-710*2.02=22842204q *1.0*10*56.2*16)(16)(G f uf n n G f q -==ππ 2-710*99.3f =画出图形为：6.3、设车身－车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率f o ＝2Hz 。
它行驶在波长λ=5m 的水泥接缝路上，求引起车身部分共振时的车速u n (km/h)。
该汽车车轮部分的固有频率f t =10Hz ，在砂石路上常用车速为30km/h 。
问由于车轮部分共振时，车轮对路面作用的动载所形成的搓板路的波长λ=?答：①当激振力等于车辆固有频率时，发生共振，所以发生共振时的车速为：2*5u 0a =⋅=f λs m /10=②搓板路的波长 ：m 65106.3/30==λ6.4、设车身单质量系统的幅频 |z ／q | 用双对数坐标表示时如习题图6所示。
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第6章汽车舒适性
•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。
•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
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
•图6.2 汽车行驶震动传递路径不意图
第6章汽车舒适性
•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。
•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。
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。
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•（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
第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•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。Fra bibliotek第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
•（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。
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•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
•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。
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。
第6章汽车舒适性
•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）
第6章汽车舒适性
•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。
• 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
第6章汽车舒适性
•（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。
•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
第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
第6章汽车舒适性
•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。
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
第6章汽车舒适性
•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。
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
•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。
•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
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
•图6.2 汽车行驶震动传递路径不意图
第6章汽车舒适性
•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。
•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。
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。
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•（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
第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•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。Fra bibliotek第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
•（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。
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•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
第6章汽车舒适性
•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
•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。
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。
第6章汽车舒适性
•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。
• 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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•（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。
•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
第6章汽车舒适性
•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。
第6章汽车舒适性
第6章汽车舒适性
•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。
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
第6章汽车舒适性
•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。
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