第6章汽车行驶平顺性检测

第6章 汽车行驶平顺性检测

6.1 行驶平顺性的评价指标及影响因素
知识目标
1.理解汽车行驶平顺性的评价指标
2.掌握汽车通过性影响因素。
能力目标
会对车辆的平顺性做出正确的评价
导入案例
有些人乘坐化油器普通桑塔纳轿车会感到头晕、呕吐现象；为什么？其主要原因是与汽车的行驶性能与平顺性能有关，即与地面因素有关也与底盘的固有频率有关，普通桑塔纳的固有振动频率与行使的平顺性要求不合适，也即是底盘的设计存在的因素。


6.1.1 汽车行驶平顺性的评价指标
汽车在行驶时对路面不平度的隔振特性，称为汽车行驶平顺性。汽车是由几个具有固有振动频率的系统组成，这些系统包括各车轮和各弹性元件及悬架弹簧等组成；它们之间互相有一定程度的联系。汽车在不平路面上行驶时，会激起汽车的振动；当这种振动达到一定程度时，使乘员感到疲劳和不舒服，或使货物损坏。同时还会引起汽车增加附加载荷，加速汽车有关零件的磨损，缩短汽车的使用寿命。所以，汽车行驶平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定的舒适性能；对载货汽车还包括保持货物完好的性能。
汽车行驶平顺性的评价与人体对汽车行驶振动密切相关，它不但受汽车振动频率与强度、振动作用的方向和时间影响；而且又受人的心理、生理状态的影响。所以评价和衡量汽车行驶平顺性是非常困难和复杂的。常用的汽车平顺性评价指标有两种：客观物理量的评价指标和主观感觉评价。
1.汽车行驶平顺性客观物理量评价
⑴ 振动加速度 振动加速度对平顺性影响很大。人体在不同的振动频率下，能承受的加速度不同。振动的强度采用加速度均方根值表示。 国际标准协会提出的ISO2631标准是根据人体对不同方向、不同频率、不同振动强度机械振动的反应制定出三个评定界限，它们分别是：
舒适性降低界限：超过此界限会降低舒适性。
疲劳——工效降低极限：降低工作效率的界限，此界限与保持工作效率有关。
暴露极限：该极限为人体可以承受振动量的上限。
⑵ 我国试行标准 我国参照ISO2631制订了GB／T4970—1985、GB T5902—1986标准评价汽车行驶平顺性。GB/T4970—1985规定以疲劳——工效降低界限和舒适性降低界限为人体承受振动能力的主要评价指标。其中，轿车和客车用舒适性降低界限评价，货车用疲劳——工效降低界限，并对检测条件和车速做出相应规定。GB／T5902—1986规定以坐垫上和座椅底部地板振动加速度的最大值作为评价指标。
⑶ 用车身的固有振动频率评价 固有振动频率是指弹性系统由于偶

然的干扰而离开静平衡位置，在弹性恢复力作用下振动的频率，单位是次/分钟或次／秒。人走路时重心在不断振动，中等步行速度时相应的振动频率为67～89次／分钟。因此，希望车身振动固有频率在60～85次／分钟范围内。如车身的固有频率低于40次／分钟．会引起晕船的感觉，如高于150次／分钟，会引起明显冲击感觉，对乘客的生理反应和货物的完整均有不利影响。
2.汽车行驶平顺性的感觉评价
由于汽车平顺性的好坏最终是反映在人的感觉上，所以，感觉评价是平顺性的最终评价。各种物理量评价是否适用，也要看这些评价指标的评价结果是否与人的感觉评价结果一致。

6.1.2 影响汽车行驶平顺性的主要因素
1. 结构因素
⑴ 悬架
弹性元件是悬架的主要组成部分，其弹性特性和刚度是影响平顺性的主要因素。减小悬架刚度可以降低车身自振动频率，但是如果刚度太小，会增加非悬挂质量的振动位移；大幅度的振动有时会使车轮离开地面，所以过软的弹性元件也是不可取。
弹性元件的弹性特性是指作用在悬架上的载荷与其变形之间的关系。如悬架刚度是常数，则其变形与所受载荷成正比，这种悬架称为线性悬架。采用线性悬架，不能满足汽车行驶平顺性要求。因为在使用中．汽车的载荷经常发生变化，特别是空载与满载差异很大；空载时振动频率高，使平顺性变差。非线性悬架是刚度随载荷变化而变化，当载荷增大时，刚度也增加，限制了车身大幅度振动，改善汽车行驶平顺性。
⑵ 减振器
在悬架中设置的减振器虽对车身的自振动频率影响不大，但是能使车身的振动迅速衰减，缩短振动时间；同时减振器可以改善车轮与道路的接触状况，可以防止车轮跳离地面；从而改善了转向轮的操纵稳定性，提高了汽车的安全性，改善汽车行驶平顺性。
3) 轮胎
轮胎对汽车行驶平顺性的影响主要取决于轮胎径向刚度；减小轮胎的刚度，可使车身固有频率降低，平顺性得到改善。如采用子午线轮胎，即可提高汽车行驶平顺性。但轮胎刚度过低，会影响汽车操纵稳定性。另外，轮胎动不平衡将使车轮产生振动及摆动，也会影响汽车的平顺性。
4)座椅的布置与座椅垫的选择
座椅布置在接近车身中部，振动比较小，座椅高度应尽量缩小与重心间的距离。弹性座椅垫的刚度选择要适当，并需要有一定阻尼。若汽车的悬架较硬，可采用较软的座椅垫，若汽车悬架较软，则可采用较硬座椅垫。
5)非悬挂质量
非悬挂质量对汽车平顺性有较大影响。非悬挂质量越小，冲击力越小，可使车身振动频率降低，车轮振

动频率增加，这对减少共振，改善汽车的平顺性是有利的。
2. 使用因素
⑴ 道路
道路不平是引起汽车振动的主要原因，它对汽车行驶平顺性的影响很大。当在凹凸不平的道路上行驶时，可能引起汽车的强迫振动，道路凸凹不平间距离越短，车速越高，汽车振动频率越高；如果等于或接近汽车自由振动频率时，便发生共振。
⑵ 汽车技术状况
汽车技术状况对汽车平顺性影响特别大。如果钢板弹簧各片之间润滑不好，会引起很大的摩擦阻力，从而引起车身的固有频率增加，当通过不平路面时，车身就会承受更剧烈的冲击。还有减振器阻尼也影响平顺性，如果由于减振器中油液粘度过大或油液冻结等原因使阻尼过大，会产生类似弹性元件摩擦阻力增加的现象。如果由于减振器中油液流失，减振器的减振能力减弱或完全丧失，当汽车行驶在不平道路上时，车身振动时间延长，也有发生共振的可能。
⑶ 驾驶技术因素
汽车行驶平顺性与驾驶员的技术水平有密切的关系；第一要对行驶中所遇到的情况做出准确的判断，应具备各种紧急情况的应变能力；第二对车速的控制，根据汽车运行条件所允许的安全限度，自觉地控制好行驶速度，不糊涂，不急躁，该快则快，该慢则慢，不故意忽快忽慢；第三对方向盘的操作方向运用稳而准，取角适当，回转及时，路面选择正确。不跑偏，不蛇行，不急打方向，掌握方向盘牢而灵活，能在任何情况下保证方向盘不从手中滑出震脱；第四对排档的运用，“三位一体” (油门、离合器和变速杆的联动)配合熟练操作，能用各种制动控制车速减档，能顺利进行上坡或下坡转弯减档；第五对制动的运用，懂得脚制动、手制动、发动机制动及排气制动装置和液力式下坡缓行器的使用时机及其注意事项，能在冰雪路、泥泞路、坡道和雨雾天等复杂情况下，懂得使用各种制动器的方法；能在坡道上用脚制动或手制动辅助，顺利进行坡道起步，不后溜、不熄火，在坡道上停车时拉紧手制动，挂一档或倒档。
本节案例评析
根据本节内容，有些人乘坐化油器普通桑塔纳轿车会感到头晕、呕吐现象；其主要原因是与汽车的行驶性能与平顺性能有关，即与地面因素有关也与底盘的固有频率有关。
思考题
1.汽车行驶平顺性的评价指标有哪些？
2.影响汽车通过性因素是什么？

6.2汽车行驶平顺性检测方法
知识目标
理解汽车行驶平顺性的检测方法
能力目标
会对车辆的平顺性随机路面行驶检测
导入案例
在购车中如何才能评价到一辆汽车平顺性的好坏？
汽车在道路上行驶时，会因路面凹凸不平而产生

振动。汽车平顺性检测就是评价汽车因振动使乘客感到不舒适或疲劳(或者使运载的货物造成损坏)程度。
汽车平顺性检测的主要对象是“路面-汽车-人(或货物)”系统。在这个系统中，输入是路面的不平度，它经过汽车的轮胎、悬架及座椅垫等弹性元件滤波后传到人体，再由人的生理、心理等复杂因素综合产生系统的输出-人(或货物)对振动的响应。在制订汽车平顺性的检测方法和评价指标时，都是针对上述整个系统而不是其中的某一环节。
汽车平顺性检测一般分为评价性检测和改进性检测两种。评价性检测，就是对已生产
出来的汽车进行平顺性检测，并用相应的评价指标评价其平顺性。改进性检测，就是根据
前次检测结果，对不理想的平顺性指标查找原因，进行结构改进，再进行平顺性检测，最后
达到提高平顺性的目的。由于改进性检测方法多种多样，并随检测技术的发展而变化，本章主要讨论评价性检测。
评价性检测又可以分为主观感觉评价检测和客观物理量评价检测两种。主观感觉评价检测就是依靠检测人员乘坐的主观感觉进行检测评价，同时也包括通过测定有关人体生理学、心理学变化的情况进行分析的内容。客观物理量评价检测，首先测定振动位移、速度及加速度等物理量，然后根据测定结果进行评价，并且在评价过程中，要对测取的物理量按与人的感觉有关的标准等进行平顺性评价指标运算。从客观物理量评价检测过程来看，它是建立在主观感觉评价检测基础之上进行的。


6.2.1检测测试系统与数据处理
平顺性检测要采集各种振动与冲击信号，特别是大量随机振动信号，然后以小型数字计算机为主体，配以采样，A／D转换，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。下面对平顺性检测测试系统中常用的调试仪器分析设备及处理方法进行简单介绍。
一般的测试仪器系统由加速度传感器、前置放大器和磁带记录仪等组成。图6-1所示 为测试仪器系统的框图，此系统是典型的振动动态测试系统。







图6-1 测试仪器系统的框图
1.传感器
传感器的功用是将振动信号转换成相应电信号，并传输至放大器。平顺性检测常用应变式和压电式加速度传感器，传感器选择不恰当是振动测试的重要潜在误差源。选择时，
主要应对传感器的电荷灵敏度或电压灵敏度、频响范围、横向灵敏度及瞬变温度灵敏度等性能指标慎重选择。平顺性检测用传感器应选用频响范围0.3Hz～200Hz，横向灵敏度<5％，瞬变温度灵敏度尽可能小的传感器。
2.放大器
放大器的功用是把传感器输出的

微弱电信号放大后，输出给显示器或记录器。因阻抗匹配的要求，电压式传感器配用电荷放大器，应变式传感器宜用应变仅配套。放大器的
选择主要考虑其频响范围、输入阻抗、输入电压或电荷、本机噪声、零点漂移和供电方式等。
3.磁带记录
平顺性检测数据的记录宜选用能重放记录信号的磁带记录器为好。选用时，应首先注意磁带记录器与其他仪器的匹配及本机的频响范围、信噪比、体积、通道数、功率消耗等。一般应选用频响范围0Hz～625Hz，信噪比不小于40dB，体积小，质量轻便于携带，耗电少的磁带记录器。


6.2.2 悬架系统固有频率与相对阻尼系数测定检测
悬架系统的固有频率和相对阻尼系数(阻尼比)是悬架系统设汁中的两个主要参数，其中车轮部分的固有频率是表征非簧载质量振动特性的重要参数，因此，测定这两个参数是汽车平顺性检测的一个重要内容。
1.检测方法
检测的基本原理是对被测试的悬架系统施加一个初始干扰，使其产生自由衰减振动,同时记录车身和车轮的自由衰减振动时间历程，而后由记录的曲线分析其固有频率和阻尼比。这里简要介绍其中三种检测方法。每种检测方法的仪器和传感器安装位置都一样，检测时，传感器安装在前、后桥及其上方的车身(或车架)上的相应位置上。
（1）滚下法
驾驶员驾驶汽车使汽车的两个前轮(或两个后轮)开上如图6-2所示的凸块上(凸块高度可选60mm、90mm、120mm)，停车并将发动机熄火，变速器挂空挡，然后将汽车从凸块上推下来，并使左右两车轮同时落地，与此同时记录汽车整个振动过程。此检测重复三次。







图6-2滚下法用凸块示意图
（2)抛下法
用跌落机构将汽车的前轴(或后轴)中部支起规定的高度，然后使汽车迅速抛下，同时记录汽车整个振动过程。这种检测方法主要用于具有整体车轴的非独立悬架系统。
（3)拉下法
用拉紧机构将汽车前轴(或后轴)附近的车身或车架从平衡位置拉下规定的距离，然后用松脱机构快速松开，同时记录汽车的整个振动过程。这种检测方法主要用于测量车身的振动。


6.2.3 脉冲输入行驶检测
汽车在公路上行驶时，有时会遇到突出的障碍物，如石块、土堆、凹坑、铺装在路面上
的管道及横穿公路的铁轨等，这些障碍物使路面对汽车的振动输入突然增大很多，通常称
这种输入为脉冲输入。脉冲输入虽然出现次数少，作用时间极短，但立刻会使乘员感到不
舒服，严重时会损害乘员的健康(或者使运输的货物遭到破坏)。脉冲输入行驶检测就是研究汽车振动的这一极端状况的。
检测用障碍物要具有足够的脉冲强度，

具有相当的频带宽度，能够模拟路面形状，并且容易实现。三角形凸块频率成分丰富，能激起汽车较强的振动，而且实际路面的许多障碍物都可以简化为三角形凸块。GB5901--86规定的凸块就是三角形凸块(见图6-3)。图中尺寸h，可以根据车型分别取为60mm、90mm、120mm，凸块宽度B视车轮宽度而定。








图6-3三角形凸块
汽车在道路上行驶，当驾驶员发现障碍物时，一般是降低车速后驶过。但是，有时发现
障碍物时已来不及减速，只好以较高的车速通过。为了能模拟实际使用工况，进行脉冲输
入行驶检测时，从低速(10km／h)做起，以后每次递增10km／h，一直做到60km／h车速为止。
检测时，将加速度传感器安装在测量部位。连接仪器并预热；检测用两个障碍物摆放在与汽车行驶方向垂直的同一条直线上，当汽车驶至距离障碍物50m处，车速应稳定在检测车速上，尔后以此速通过障碍物，同时用磁带机记录全过程。每种车速下至少进行八次检测。
由于汽车脉冲插入检测是评价汽车振动的极端状况的，因此用响应的最大值作为评价指标。 数据处理方法依据信号记录器的形式而定，如果是用磁带记录器记录信号的，须在数据处理设备上进行数据处理。这时，采样间隔取0.005s为宜。经数据处理求得各车速下各次检测的加速度最大值后，将同一车速下各次检测测量的加速度最大(绝对值)值相加，除以次数后得到的算术平均值即为该车速的加速度最大值。


6.2.4 随机路面行驶检测
在整个汽车运输中，使用最多的工况是汽车在接近平稳随机的路面上行驶。此工况下激起的振动是随机振动，一般可以用研究平稳随机振动的方法进行研究。随机输入行驶检测就是采用平稳随机振动的研究方法评价汽车在一般路面上行驶平顺性的一种检测方法。检测按GB4970中进行；检测车速、装载情况，乘员姿势、测量位置等均在GB4970中作了规定。
检测时汽车在额定载荷(轿车取1／2～1／3额定载荷)下，以一定车速在一定等级的公路或专门检测路上稳速驶过检测路段，同时记录相应位置上的振动加速度时间历程，测量通过检测路段的时间以计算平均车速。座椅位置上的传感器应置于传感器安装架内。然后在其安装架上坐人或摆放配重物。
检测用传感器安装支架可参考图6-4所示形式制作。













6-4传感器支架
如果在测量过程中加速度用重力加速度g为单位表示，须用g的国际标准值9.80665m／s2将单位换算成m／s2单位后进行评价。
我国评价人体承受全身振动的评价指标采用了国际标准化组织规定的三个评价指标，即“疲劳——降低工效界限”、“舒适降低

界限”及“暴露极限”。在评价货车的平顺性
时，用“疲劳——降低工效界限”来评价驾驶员的工作环境，并用车箱测量部位的加速度功率谱密度函数及加速度的总均方根值来评价货箱的振动情况。对于客车．轿车等乘用车，用“舒适降低界限”来评价其测量部位的平顺性。另外，用“吸收功率”法评价汽车平顺性在国外已逐步推广，并且在计算ISO2631--78规定的评价指标中，很容易顺便计算出来，因此可用“吸收功率”法作为评价汽车平顺性的辅助评价方法。
进行汽车平顺性检测时，在各测量部位安装的加速度传感器应使用能测三个方向振动的传感器。检测时的车速应保持稳定，尽可能以匀速驶过检测路段，同时用磁带记录器记录加速度时间历程，每个样本的记录长度不应少于3min。
本节案例评析
根据本节内容，随机路面行驶检测法才能评价到一辆汽车平顺性的好坏。
思考题
汽车行驶平顺性的检测方法有哪些？如何检测？

综合练习题
l.什么是汽车行驶平顺性?如何评价?
2.改善汽车行驶平顺性的途径有哪些?
3.车辆的平顺性随机路面行驶检测方法是什么？