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

1.平顺性评价指标
国际标准化组织ISO提出了ISO 2631《人体承受 全身振动的评价指南》。
该标准用加速度均方根值(rms)给出了在中心频 率1~80Hz振动频率范围内人体对振动反应的3种 不同的感觉界限。我国参照ISO 2631制定了国家 标准《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》和 《客车平顺性评价指标及极限》。
1 f0 = 2π
gC，Hz G
(6-41)
C—悬架刚度，N/mm；G—悬挂重力，N g—重力加速度，g=9810mm/s2
1.悬挂结构 1)弹性元件 由式(6-41)可见，减少悬架刚度C，可降低车身的 固有频率f0。 当汽车的其他结构参数不变时，要使悬架系统有 低的固有频率，悬架就必须具备很大的静挠度。
所暴露的振动环境主 率有关。
观感觉良好，并能顺 驾 驶 员 承 受 振
利完成吃、读、写等 动 在 此 极 限 内
动作。
时，能保持正
常驾驶。
③暴露极限通常 作为人体可以承 受振动量的上限。 当人体承受的振 动强度在这个极 限之内，将保持 健康或安全。
1.平顺性评价指标
➢ 3个界限只是振动加速度容许值不同。 ➢ “暴露极限”值为“疲劳－工效降低界
fS＝G / C
(6-42)
fs—悬挂重力作用下的悬架的静挠度，mm
1.悬挂结构 1)弹性元件 汽车前、后悬架静挠度的匹配对行驶平顺性也有 很大影响，若前、后悬架的静挠度以及振动频率 都比较接近，共振的机会减少。
为了减少车身纵向角振动，通常后悬架的静挠度 fS2要比前悬架fS1的小一些。 据统计，一般取fS2=(0.7~0.9)fS1。 短轴距的微型汽车，为了改善其乘坐舒适性，把 后悬架设计得软一些，也就是使fS2>fS1。
fci—第i频带的中心频率,Hz；W(fci)--频率加权函数。
2.1/3倍频带分别评价法
垂直方向振动的频率加权函数WN(fci)为
0.5 WN ( f ci ) 1
f ci
8 / f ci
, 1 f ci 4 , 4 f ci 8 , 8 f ci
(6-34)
2.1/3倍频带分别评价法 水平方向振动的频率加权函数WL(fci)为
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
1.12 fci
σ pi = ∫ Gp ( f )df 0.89 fci
(6-32)
带宽加速度均方根值分量σpi的大小，不能真正反映 人体感觉振动强度的大小。
2.1/3倍频带分别评价法
➢ 引入人体对不同频率振动敏感程度的频率加权 函数。
➢ 将人体最敏感频率范围以外的各1/3倍频带加速 度均方根值分量σpi进行频率加权，等效于 4~8Hz(垂直)、1~2Hz(水平)的分量数值σ’pi。
3.总加权值评价法 当各1/3倍频带加速度加权均方根值分量σpwi彼此相 等时，1/3倍频带分别评价指标(σpwi)max和总加速度加 权均方根值σp的关系为
p n ( pwi ) max
(6-37)
n—总的频带数
3.总加权值评价法
在只有一个1/3倍频带有值的窄带振动条件下 (n=1)，能量分布都集中在该1/3倍频带内。 总加速度加权均方根值σp就与前面1/3倍频带 分别评价方法所得的相同，对人体影响最突 出的那个频带的加速度均方值。
p 10 ( ) pwi max 3.16( ) pwi max (6-39)
3.总加权值评价法
实际上，各1/3倍频带的σpi不相等，实际测算为
p 2( pwi ) max
(6-40)
因ISO 2631图中给出的界限值是针对1/3倍频带分别 评价法给的，用总加速度加权均方根值σp进行评价 时，允许界限值也要相应调整，即比ISO 2631 给出 的允许值增大到2倍，否则会偏于保守。
1.平顺性评价指标
ISO 2631用加速度均方根值给出了人体 在1~80Hz振动频率范围内对振动反 应的3个不同感觉界限：
① 舒适－降低界限TCD ② 疲劳－工效降低界限TFD ③ 暴露极限
1.平顺性评价指标
①舒适－降低界限 ②疲劳－工效
TCD与保持舒适有关。降 低 界 限 TFD
在此极限内，人体对 与 保 持 工 作 效
车轮、车轴构成的 非悬挂质量为m， 车轮再经过具有一 定弹性和阻尼的轮 胎支承路在面上。
四轮汽车的简化模型
影响汽车平顺性的重要因素
悬架结构 轮胎 悬挂质量 非悬挂质量
1.悬挂结构 悬挂结构
弹性元件 导向装置 减振装置
其中弹性元件与悬架系统中阻尼影响较大。
1.悬挂结构 1)弹性元件
将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单自由度振动的 质量时，其固有频率f0为
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
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，以及保持所运载 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，发动机、驾驶室等也 以橡胶垫固定于车架上。
① 直接分别评价法是把“疲劳－工效降 低界限”及由计算或频谱分析仪处理 得到的1/3倍频带的加速度均方值画 在同一张频谱图上。
② 检查各频带的加速度均方差是否都保 持在界限值之下。
2.1/3倍频带分别评价法
1/3倍频带上限频率fu与下限频率的比值为
1
fu / fl 23
(6-28)
中心频率为
1
fc fu / fl 2 6 fl (6-29)
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
➢ 即按人体感觉的振动强度相等的原则，折算为 最敏感的频率范围。
2.1/3倍频带分别评价法
用σpi和最敏感频率范围的允许加速度均方值根值比 较，确定按疲劳-工效降低界限或舒适降低界限允许 的暴露时间TCD和TFD。
加权加速度均方根值分量σpwi计算式为
pwi W ( fci ) pi
(6-33)
1.悬挂结构 1)弹性元件
为了防止汽车在不平路面上行驶时经常 冲击缓冲块，悬架还应有足够的动挠度 fSm(指悬架平衡位置到悬架与车架相碰 时的变形量)。
1.悬挂结构 1)弹性元件 前、后悬架的动挠度常根据其相应的静挠度选取， 其数值主要取决于车型和经常使用的路面状况， 动挠度值与静挠度值之间的关系为
➢ 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。
➢ 这种振动对乘员的生理反应和所运货物的完整 性产生不利的影响；乘员也会因此必须调整身 体姿势，加剧产生疲劳的趋势。
➢ 车身振动频率较低，共振区常在低频范围内。 ➢ 为了保证汽车具有良好平顺性，应使引起车身
为了保持汽车具有良好的 行驶平顺性，车身振动的 固有频率应为人体步行时 所习惯的，身体上、下运 动的频率。约60~85次 /min(1~1.4HZ)，振动加速 度极限值为0.2~0.3g。
为了保证运输货物的完整 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。 车身振动加速度的极限值 应低于0.6～0.7g。
1 WL ( f ci ) 2 / f ci
, 1 fci 2 , 2 f ci
(6-35)
2.1/3倍频带分别评价法
加权加速度均方根值分量σpwi反映了人体对各1/3倍 频带振动强度的感觉。1/3倍频带分别评价法的评 价指标就是σpwi中的最大值(σpwi)max。 1/3倍频带分别评价法认为，当有多个频带的振动 能量作用于人体时，各频带的作用无明显联系， 对人体的影响主要是由单个影响最突出的频带所 造成。因此，要改善行驶平顺性，主要避免振动 能量过于集中，尤其是在人体最敏感的频率范围 内，不应该有突出的尖峰。
3.总加权值评wenku.baidu.com法
p ( pwi ) max (6-38)
只是此值已折算到人体最敏感的频率范围，可 将σpwi值与“疲劳-工效降低界限”上人体最敏感 频率范围的容许值比较来进行评价。
3.总加权值评价法 汽车座椅传递给人体的振动主要是10Hz以下的宽 带随机振动，总频带数n约为10。 若各σpwi都相等，则
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
N
p,z
( pwi,zi ) 2
i 1
6-36
N—频带数
3.总加权值评价法
➢ 总加权值反映了全部振动能量的大小，而且振 动加速度均值为零，所以σp和σz代表加速度幅 值波动的范围。
➢ 总加权值σp法还可利用计权滤波网络，由均方 根值检波器读出。
➢ 在《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》(GB 4970－1985)和《客车平顺性评价指标及极限》 (GB/T 12477－1990)中均把总加速度加权均方 根值σp列为平顺性评价指标之一。
➢ 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。
静挠度是指汽车满载时，刚度不变的悬架在静载 荷下的变形量。
对变刚度悬架，静挠度是由汽车满载时，悬架上 的静载荷和与此相应的瞬时刚度来确定。
1.悬挂结构 1)弹性元件
汽车悬架静挠度的变化范围，单位：mm 表6-3
车型
轿车
货车 大客车 越野车
悬架静挠度 100~300 50~110 70~150 60~130
在研究振动时，常 将汽车由当量系统 代替，即把汽车视 为由彼此相联系的 悬挂质量与非悬挂 质量所组成。
四轮汽车的简化模型
汽车的悬挂质量M由车 身、车架及其上的总成 所构成。 该质量通过质心的横轴 Y 的 转 动 惯 量 为 IY ， 悬 挂质量由减振器和悬架 弹簧与车轴、车轮相连。
四轮汽车的简化模型
➢ 频率在2.8Hz以上则相反。
2.1/3倍频带分别评价法
为了用“疲劳－工效降低界限”评价汽车平 顺性，首先要对经过汽车座椅传至人体的振 动进行频谱分析，得到1/3倍频带的加速度 均方值频率。
ISO 2631推荐的两种评价方法是1/3倍频带分 别评价法和总加速度加权均方值评价法。
2.1/3倍频带分别评价法
一、汽车行驶平顺性的评价指标 二、影响汽车行驶平顺性的结构因素
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。
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。
限”的2倍(增加6dB)； ➢ “舒适－降低界限”为“疲劳－工效降
低界限”的1/3.15(降低10dB)； ➢ 而各个界限容许加速度值随频率的变化
趋势完全相同。
a) 垂直方向(z)
b) 水平方向(X-纵向，Y-横向)
图6-15 ISO 2631人体对振动反应的“疲劳－降低工效界限”
1.平顺性评价指标 图6-15a和b为在双对数坐标下的垂直和水 平方向振动对人体影响的“疲劳－工效降 低界限”。