汽车理论-人体对振动的反应和平顺性的评价
第16讲第六章1人体对振动的反应和平顺性的评价2路面不平度的统计特性3汽车振动系统的简化单质量系统的振动
设m沿z轴方向移动了位移z。
有一对平衡力：mg和kλs，由于当m在任意位置时它们都平衡，所以在分析时可以不予考虑。
则只存在物体受到弹簧的拉力（弹性恢复力），其方向与位移方向相反，始终指向平衡位置。即：
Fs= -kz这里，Fs与位移方向相同。
设此时m的加速度为，根据牛顿力学定律可得运动微分方程：
n是空间频率，即为波长的倒数，表示每米波长中有几个波长。它与时间频率的关系为：f = u n
路面的空间频率谱密度Gq(n)也可以换算成时间频率谱密度Gq(f)：Gq(f) = Gq(n)/u
响应（输出）--振动系统在激励作用下产生的运动（位移、速度、加速度等）。
§6-3汽车振动系统的简化，单质量系统的振动
微分方程的解与时间有关，要想求出特解，必须给出初始条件。设当t=0时，初位移为z0，初速度为0，将初始条件代入通解：
z0= A.sinφ
0= A.cosφ
联立可以解出：
振幅A =
初相位φ= arctg
讨论：
1.振幅、初相位与初始条件有关。而固有圆频率ω0和固有频率f及周期T只与系统的结构有关。
2.由于振动位置按正弦规律变化，因此，单自由度系统的自由振动为简谐振动。
（一）ISO2631国际标准《人承受全身振动的评价指南》用加速度的均方根值给出了在1～80Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限：
1、暴露极限：人体承受的振动强度低于此值，将能保持健康和安全。
2、疲劳-工效降低界限：振动强度在此界限之内，驾驶员能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶。
3、舒适降低界限：振动强度低于此值，乘员能在车上顺利进行吃、读、写等动作。
第16讲2学时
教学目的及要求：
《汽车理论》第六章 汽车的平顺性
aw
1 T
T 0
aw2 (t)dt
aw(t)是通过频率加权函数滤波网络后得到的加速 度时间信号。
频率加权
a(t)
滤波网络
aw(t)
平顺性评价方法
1. 按加速度加权均方根值评价。样本时间T一 般取120s。
2. 同时考虑3个方向 3轴向xs、ys、zs振动的 总加权加速度均方根值为：
av
(1.4axw )2
2. 频率加权系数 对不同频率的振动，人体敏感度也不一样。例如，人
体内脏在椅面z向振动4-8Hz发生共振，8-12.5Hz对脊椎影 响大。椅面水平振动敏感范围在0.5-2Hz。标准用频率加权 函数w描述这种敏感度。
平顺性名词解释(2)
3. 均方根值
a(t)是测试的加速度时间信号。
4. 加权均方根值
G 32768 65536 131072 1?2.26 243.61 344.52 H 131072 262144 524288 344.52 487.22 689.04
三、汽车振动系统的简化、单质量系统振动
一、系统ห้องสมุดไป่ตู้化
x
z
y
z
msr
msc
msf
mur
b
a
muf
L
单质量振动系统 在远离车轮固有频率 ft 10 ~ 16Hz的较低激振 频率（f 5Hz)范围内轮 胎的变形很小，可忽略其 弹性变形和质量得到单质 量垂直振动系统模型
C 2m2 K
方程的解为
z(t) Aent sin( 02 n2 t )
z
系统固有圆频率
0
r有阻尼固有圆频率
Aent
r
2 0
n2
任务五 汽车行驶平顺性评价指标及检测
两自由度：车轮，车身垂直速度Z
二、双质量振动系统模型
m 2r
m 2f
m 1r
m 1f
三、单质量振动系统模型
z
f 5Hz 轮胎的变形十分小 ( ft : 车轮固有频率,ft 10 ~ 15HZ ) 单质量振动系统
m
x
Kc q
单质量系统的自由振动
二阶常系数方程
ms z C(z q) K (z q) 0
❖ 改变轮胎结构型式，如采用子午线轮胎。 因轮胎径向弹性大，可以缓和不平路面的 冲击，并吸收大部分冲击能量，使汽车平 顺性得到改善。
❖ 提高帘线和橡胶的弹性，要用较柔软的胎 冠。
四、悬挂质量：如前所述，悬挂质量分配
系数为
2 y
ab
， 是评价汽车平顺性极其重要的参数。
它取决于悬挂质量的分布情况。悬挂质量 的布置应使 ε≈1。当ε≈ 1时，前、后悬挂 质量的振动彼此互不影响。
❖ 轮胎性能的好坏，是用轮胎在标准气压和载 荷下，压缩系数的大小(轮胎被压下的高度与 充气断面高度的百分比)来表示的。在最大允 许负荷作用下，普通轮胎的压缩系数为10% ～ 12%，为了乘坐舒适，客车轮胎的压缩系 数稍大些，为12%～14%。
提高轮胎缓冲性能的方法
❖ 增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并 相应降低轮胎气压。
❖ 了解汽车平顺性的影响因素。
汽车平顺性可由路面-汽车-人系统框架图来分析
路面
汽车
人
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
的加速度 悬架弹簧动挠度 车轮与路面之间
的动载
评价指标 ➢加权加速度
均方根值 ➢撞击悬架限位
第六章汽车的平顺性-文档资料
两个后轮遇到的不平度（由于存在滞后距
离L）：
q2(I) xI L, q4(I) yI L
谱量 Gik (n)
Gik (n)
1 lim T T
Fi* (n)Fk (n)
Fi (n)、Fk (n)为qi (n)、qk (n)的傅立叶变换 Fi*(n)、Fk*(n)为Fi (n)、Fk (n)共轭复数；T为长度I的分析区间。
相干函数在频域内描述了两个轮迹中频率为n 的分量之间线性相关的程度。
cohxy2 (n) 1, 两个轮迹中频率为n的分量之间幅值比 和相位差保持不变，完全线性相关； cohxy2 (n) 0, 两个轮迹中频率为n的分量之间幅值比 和相位差是随机变化的。
第三节 汽车振动系统的简化，单质量
系统的振动
暴露界限：当人体承受的振动强度在此界 限内，将保持人的健康或安全。它作为人 体可承受振动量的上限。
疲劳－降低工作效率界限：当人承受的振 动强度在此界限内时，能准确灵敏地反应， 正常地进行驾驶。它与保持人的工作效能 有关。
舒适降低界限：在此界限之内，人体对所 暴露的振动环境主观感觉良好，能顺利地 完成吃、读、写等动作。它与保持人的舒 适有关。
1）1/3倍频带分别评价法：
对传至人体的加速度进行频谱分析，可得1/3倍频 带的加速度均方根值谱。
1/3倍频法认为:同时有许多个1/3倍频带都有能量作用于 人体时，各个频带振动作用无明显联系，对人体产生的 影响主要是人体感觉振动强度最大的一个1/3倍频带所 造成的。
2）总的加速度加权均方根值评价法
所包含的不平度垂直位移q的谱量成同其“功率”仍
为
2 q~n
,因此换算的时间频谱密度可表示为
:
汽车理论6-1
Law＝ 20 lg aw a0
式中，a0为参考加速度均方根值，a0=10-6 m·-2 s
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价
二、平顺性的评价方法
表6-2给出了加权振级Law和加权加速度均方根值 aw与人的主观感觉之间的关系。
加权加速度均方根值aw <0.315 0.315～0.63 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0 加权振级Law 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
评价指标 •人对振动的反应 •加权加速度均方根值 •撞击悬架限位的概率 •行驶安全性
输出 •车身传至人体的加速度 •悬架弹簧动挠度 •车轮与路面间动载
6-1 人体对振动的反应和平顺性的评价 概述
三、研究目标
控制振动的传递，使乘坐者不舒适的感觉 不超过一定界限，需要从三个环节来研 究：
输入：对路面不平度的统计规律 输出：汽车振动系统的传递特性，汽车振动系 统简化，系统频响特性和参数对响应（输出 ）的影响。 评价（反应）：人体对振动的反应和平顺性的 评价
§6-1 人体对振动的反应和平顺性 的评价 介绍人体对振动的反应、人体坐姿
受振模型、平顺性的评价方法等
邹旭东 制作 zxd1020_qd@
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
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
人体对振动的反应 频率 垂直方向4～12.5Hz 水平方向0.5～2Hz 强度 作用方向
汽车行驶系 的功能、组成、构造及 工作原理。 随机振动基 础知识。
2人体对振动的反应和平顺性评价
2011-11-26
x = rms 许洪国 10/20
2.汽车平顺性评价方法 frequency window analysis
frequency band
1/3 倍 频 分 别 评 价 法 ：
1
对传至人体的加速度 进行频谱分析，可得
fu / fl = 23 =1.26
1/3倍 频 带的加速度
1
均方根值谱。
E舒适降低界限:当人体承受的振动强度此界限内, 人对所暴露的振动环境主观感觉良好,能顺利完成 吃、读、写等动作。它与保持人的舒适有关。
exposure limit fatigue-decreased proficiency boundary 2011-r1e1-2d6 uced comfort boundary许洪国
f
)
=
⎧1 ⎨⎩8 /
f
wd椅面x,y向和靠背y,z 向
we靠背x向 we椅面转动方向
we
(
f
)
=
⎧1 ⎨⎩1/
f
2011-11-26
许洪国
(0.5Hz < f < 8Hz)
(8Hz < f < 80Hz)
(0.5Hz < f < 1Hz)
(1Hz < f < 80Hz)
5/20
feeling evaluation subjective evaluation
σ
＝
pw
10(σ pwi )max
= 3.16(σ pwi )max
实际上 σ pw = 2(σ ) pwi max
2011-11-26
许洪国
18/20
4. 总加权合成加速度评价方法
人体对振动的响应和平顺性评价
弧 ：ｇｌ 一 ｌ ＝１ １ 一 ｌ Ｉ ；１ Ｉ 旷２ ． ０ ｏｌ ，Ｊ ｇ 口 一增Ｊ ＝Ｊ留 Ｊ ’ ｇＪ ＝１… …． 口 ， Ｄ 一， 矿 ，
这 样 就 可 以把 ００ １ １ ０ ．０ ～ ０ ０用 ６位 刻 度 来 表 示 。
２
Ｌ ＝１ ｇ＾ ０１
人 对 动 响 和 顺 体 振 的 应 平 性 ⑧
董 科 钱玉 霞 山东水利职 业学院
人 体 对 振 动 的 响 应 和 汽 车 的 平 顺 性 是 汽 车 的 重 要 性 能 之 一 。 体 对 振 动 的 响应 取 决 于 ： 频 率 人 ① 与 强 度 ； 作 用 方 向 ； 暴 露 时 间 。频 率 ８ ② ③ Ｈｚ以下 水 平 方 向 允 许 的 加 速 度 值 低 于 垂 直 方 向 ４—８ Ｈｚ
，一 ｌ ｏｗｅ ｒ
Ｃ —ｃｅｎｔ ｅ ’ ｒ
豳壹查 垒垫 ： 生 塑塑
１３倍 频 法 认 为 ：同 时 有 许 多 个 １３倍 频 带 都 ／ ／ 有 能 量 作 用 于 人 体 时 ，各 个 频 带 振 动 作 用 无 明 显 联 系 ，对 人 体 产 生 的 影 响 主要 是 人 体 感 觉 振 动 强 度 最 大 的 一 个 １３倍 频 带 所 造 成 的 。 人 体 对 各 频 ／ 带 振 动 的 敏 感 程 度 不 同 ，所 以 １３倍 频 加 速 度 均 ／ 方 根 值 分 量 盯ｐ 的 大 小 不 能 反 映 人 体 感 觉 振 动 ｉ 强 度 的 大 小 。 法 ： 用 人 体 对 不 同频 率 振 动 敏 感 方 采 程 度 的频 率 加 权 函 数 ，将 人 体 最 敏 感 以外 各 １３ ／
对 于汽车 的平顺 性 我们还 司以用 总加权 值方
汽车理论 余志生 第六章
2）辅助评价方法
辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到 过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体 的影响。
三、路面不平度的统计特性
1.路面不平度由三部分组成： 1）超低频成分 整段路面上存在着的波长远大于
轴距的起伏波形。 整段路面上存在着的、宏观上可 察觉的、波长及幅值较大的路面凹凸不平。
2）中低频成分
这是引起汽车振动的主要频率成分， 称为主频带。 3）高频成分 不易察觉的、波长很短、幅值很小的
振动的发生源主要 有凹凸不平的路面，不平衡轮胎的旋转，不平衡传动轴的旋 转以及发动机的扭矩变化等。
2.振动的传递途径 （1）振动的激励源
这些因素引起的振动大多与车速 相关，尤其是凹凸不平路面引起的振动， 随着车速的变化，振动的频率和强弱会 产生相应的变化。
（2） 振动的传递途径
因路面、轮胎产生的振动，先传到悬架，受悬架
2.使用因素对汽车平顺行驶的影响 1）道路坎坷不平是引起汽车振动的主要 因素 2）汽车技术状况对平顺性的影响
自身的振动特性影响后再传给车身，通过车身传到乘客的脚部。同时通 过座椅传给乘客的臀部和背部，还通过转向系，以转向盘抖动的形式传 到驾驶员手部。
因发动机、传动系产生的振动，通过支承发动
机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经衰减后传给车身，再经上述途径 传至人体各个部位。
任何一个“振动系统”均有一个“固有 频率”。当外界激振信号的频率接近或等于 “固有频率”时，将出现“共振”现象，产生 剧烈的振动。
Ride performance
第六章 汽车的平顺性 1. 汽车行驶平顺性 指汽车不因车体振动而使乘客感到不
适或货物不因振动而受损的性能。
2. 汽车行驶平顺性的研究对象：“路面一汽 车一人（货物）”构成的系统。路面特性是系统 的输入，人（货物）对汽车振动的反应是系统的 输出。
人体对振动的反应和平顺性的评价汇总
➢
x
、
s
ys
最敏感的频率范
围是0.5～2Hz。大约在3Hz
以下，人体对水平振动比对
垂直振动更敏感，且汽车车
身局部系统在此频率范围内
产生共振，故应对水平振动
给予充分重视。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
各轴向的频率加权函数〔渐近线〕
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
靠背
xb
wc
0.80
0.212
4.3
yb
wd
0.50
0.087
4.4
z1
b av
a2 2 vj
wd
0.40
0.140
4.9
xf
脚
yf
wk
0.25
0.090
5.4
wk
0.25
0.093
5.1
zf
wk
0.40
0.319
6.2
0.628
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
2.辅助评价法
➢当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997〔E〕标准规定用 加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大 的脉冲引起的顶峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助 评价方法 —— 振动剂量值。
第六章 汽车的平顺性
振动系统 弹性元件 阻尼元件 车身、车轮质量
输入 路面不平度
车速 发动机、传动系和车轮等旋
转部件的非平衡干扰
本章将 不考虑
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
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
第六章汽车的平顺性解析
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
0称为系统固有圆频率，定义阻尼比
C n / 0 2 2m2 K
方程的解为
2 z (t ) Ae nt sin( 0 n 2 t )
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
单自由度自由ห้องสมุดไป่ตู้动衰减曲线
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
式中 n—空间频率，m-1 n0—0.1 m-1
w
Gq(n0)—路面不平度系数(m2/m-1)
w—频率指数，一般取为2
第二节 路面不平度的统计特征
第二节 路面不平度的统计特征
第二节 路面不平度的统计特征
路面空间频率谱密度化为时间谱密度 1.空间频率与时间频率的关系 f=un 这里n是空间频率(每米波长数)。u是车速(m/s)，f是时间频率(Hz,每 秒波长数)。 2.路面时间谱密度与空间频率谱密度的关系
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
车身质量有垂直、俯
仰、侧倾3个自由度，4个
车轮质量有4个垂直自由度， 整车共7个自由度。
当 xI yI ，并忽略 轮胎阻尼后，汽车立体模 型可简化为平面模型。
简化前后应满足以下三个条件 1）总质量保持不变
m2f m2r m2c m2
Kq Cz Kz Cq m2 z
C K C K z z z q q m2 m2 m2 m2
令 2n=C/m2，20=K/ m2， 齐次方程变为
2 2nz 0 z z0
第三节 汽车振动系统的简化、单质量系统振动
汽车单自由度振动模型
2）质心位置不变
m2f a m2r b 0
汽车动力学
汽车动力学－汽车承载系统的振动与平顺性
3.幅频特性曲线的特点 低频段（0 0.75)， 不呈明显动态特性 共振段（ 0.75 2 ) 出现峰值，加大可使峰值 明显下降 高频段（ 2 )
2时， / q 1 z 2时， / q 1，对输入起衰减作用 z ，对减振有利
汽车动力学－汽车的平顺性
路面不平度的分类
汽车动力学－汽车的平顺性
位移、速度和加速度功率谱的关系 速度功率谱密度： 不平度函数q(I)对纵向长度I的一阶导数 加速度功率谱密度： 不平度函数q(I)对纵向长度I的二阶导数
Gq (n) (2n) 2 Gq (n)
当w=2时
Gq (n) (2n) 4 Gq (n)
r 02 n 2 0 1 2 r 1, r 0
2)决定振幅的衰减程度 d：减幅系数 A1 Aent d e nT A2 Aen ( t T )
1 1 1
T1
2
r
2
2
0 1
2
、n 0
d e
2 路面不平度的统计特性
一、路面不平度的功率谱密度
q(I)，为路面纵断面曲线或不 平度函数 路面的统计特性参数 • 功率谱密度Gq(n) • 方差sq2
汽车动力学－汽车的平顺性
路面不平度的功率谱密度拟合表达式：
n w Gq (n) Gq (n0 )( ) n0
n：空间频率(m-1) n0：参考空间频率(n0＝0.1m-1) Gq(n0)：路面不平度系数(m3) w：频率指数
汽车动力学－汽车的平顺性
人体对不同频率振动的敏感程度
椅面垂直轴向Zs的最敏感频 率范围wk：4~12.5Hz • 4~8Hz:人的内脏器官产 生共振 • 8~12.5Hz:对人的脊椎 系统影响很大 椅面水平轴向Xs，Ys的最敏 感频率范围wd：0.5~2Hz， 大约在3Hz以下，水平振动 比垂直振动更敏感
人体对振动的响应及平顺性(教案)
第六章 汽车平顺性第一节 汽车平顺性平顺性是汽车的主要使用性能之一。
汽车平顺性，是指保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性能，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能，以及轮胎的接地性。
也就是说，避免汽车在行驶过程中所产生的振动和冲击使人感到不舒适、疲劳甚至损害健康，或使货物损坏的性能。
由于平顺性主要是根据乘坐者的舒适度来评价，有时又称为乘坐舒适性。
通常，路面不平是汽车振动的基本输入，故本章讨论的汽车平顺性主要指路面不平引起的汽车振动。
降低汽车振动，提高汽车平顺性，对保证乘员的舒适性、工作效能和身体健康，保证驾驶员在复杂的行驶和操纵条件下具有良好的心理状态和准确灵敏的反应，保证所运货物的完整，确保安全行驶，都是非常重要的。
一、人体对振动响应人体对振动的反应相当复杂，受个人心理与生理方面的差别和变化等诸多因素影响。
人体本身是一个复杂的振动系统。
人体对振动的反应不仅取决于振动的强度，而且还与振动频率、振动方向和振动持续时间（又称暴露时间）等因素有关。
同时，对于不同的人、不同的姿势、不同的身体部位、不同的作用位置和方向，人对振动的反应都是不同的。
二、汽车平顺性的评价指标和评价方法最广泛采用的车辆舒适性评价标准是ISO 2631。
国际标准化组织（ISO）于1974年颁布了ISO 2631《人体承受全身振动评价指南》。
后来经过修订和补充，于1997年公布了ISO2631-1:1997(E)《人体承受全身振动评价——第一部分：一般要求》。
该标准对于评价长时间作用的随机振动和多输入点多轴向振动环境对人体的影响，能很好地与主观感觉相符。
许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价，我国也颁布了GB/T 4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》。
标准ISO 2631-1：1997(E)，将基本频率范围扩展到0.5~80Hz ，所规定的人体坐姿受振模型如图6-1所示。
该标准认为，人体受12个轴向的振动分量，即3个座椅平动分量、3个座椅转动分量、3个靠背平动分量和3个脚支承面平动分量。
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。
汽车理论—平顺性.ppt
第六章 汽车的平顺性
§6-2 影响汽车平顺性的结构因素
五、座椅 座位的布置对平顺性有很大的影响。 根据试验表明，距离重心越近，平顺性越好。 座椅的刚度和阻尼对平顺性也有重要影响。
另外，汽车的乘坐舒适性还在很大程度上取决于 座位的结构、尺寸、布置方式和车身的密封性、通风 保暖、照明、隔音等效能，以及是否有提供乘客舒适 的设备如电视、音响、空调等。道路周围的环境对平 顺性也有一定的影响。
汽车的平顺性是指保持汽车在行驶过程中乘 员所处的振动环境具有一定舒适度的性能，对 于载货汽车还包括保持货物完好的性能。
第六章 汽车的平顺性
研究平顺性的目的就是控制振动的传递，使乘坐 者不舒适的感觉不超过一定的界限。
汽车的平顺性的分析可依据汽车振动系统框图：
输入 •路面不平度 •车速
振动系统 •弹性原件 •阻尼元件 •车身、车 轮质量
输出
•车身传至人 体的加速度 •悬架弹簧动 挠度 •车轮与路面 之间的动载
振动的来源：①路面不平度 85% ②车速 车速高振动大
评价指标
•加权加速度 均方根值 •撞击悬架限 位概率 •行使安全性
第六章 汽车的平顺性
§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
人体是一个复杂的机械系统，振动时对人体 的影响，既取决于振动的频率与强度、振动作用 方向和持续时间，也取决于人的心理、生理状态， 因此人体对振动作用的反应是一个十分复杂的过 程。心理品质和身体素质不同的人，对振动的敏 感程度有很大的差异。
（依据ISO2631-1：1997（E）《人体承受全 身振动评价—第一部分：一般要求》）
我国对平顺性评价依据标准：
GB/T4970-1996《汽车平顺性随机行驶试验方 法》
大学_汽车理论第四版(余志生著)课后答案下载
汽车理论第四版(余志生著)课后答案下载汽车理论第四版(余志生著)课后答案下载本书为全国高等学校机电类专业教学指导委员会汽车与拖拉机专业小组制订的规划教材，并于“九五”期间被教育部立项为“普通高等教育九五部级重点教材”和“面向21世纪课程教材”，于“十五”期间被教育部立项为“普通高等教育十五国家级规划教材”。
本书根据作用于汽车上的外力特性，分析了与汽车动力学有关的汽车各主要使用性能：动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性。
各章分别介绍了各使用性能的评价指标与评价方法，建立了有关的动力学方程，分析了汽车及其部件的结构形式与结构参数对各使用性能的影响，阐述了进行性能预测的基本计算方法。
各章还对性能试验方法作了简要介绍。
另外，还介绍了近年来高效节能汽车技术方面的新发展。
本书为学生提供了进行汽车设计、试验及使用所必需的专业基础知识。
汽车理论第四版(余志生著)：推荐理由点击此处下载汽车理论第四版(余志生著)课后答案汽车理论第四版(余志生著)：书籍目录第4版前言第3版前言第2版前言第1版前言常用符号表第一章汽车的动力性第一节汽车的动力性指标。
第二节汽车的驱动力与行驶阻力一、汽车的驱动力二、汽车的行驶阻力三、汽车行驶方程式第三节汽车的驱动力，行驶阻力平衡图与动力特性图一、驱动力一行驶阻力平衡图二、动力特性图第四节汽车行驶的附着条件与汽车的附着率一、汽车行驶的附着条件二、汽车的附着力与地面法向反作用力三、作用在驱动轮上的地面切向反作用力四、附着率第五节汽车的功率平衡第六节装有液力变矩器汽车的动力性参考文献第二章汽车的燃油经济性第一节汽车燃油经济性的评价指标第二节汽车燃油经济性的计算第三节影响汽车燃油经济性的因素一、使用方面二、汽车结构方面第四节装有液力变矩器汽车的燃油经济性计算第五节电动汽车的研究一、混合动力电动汽车的特点二、混合动力电动汽车的结构三、混合动力电动汽车的节油原理四、能量管理策略五、实例分析一一丰田混合动力电动汽车Prius六、电动汽车的动力性计算第六节汽车动力性、燃油经济性试验一、路上试验二、室内试验参考文献第三章汽车动力装置参数的选定第一节发动机功率的选择第二节最小传动比的选择第三节最大传动比的选择第四节传动系挡数与各挡传动比的选择第五节利用燃油经济性-加速时间曲线确定动力装置参数一、主减速器传动比的确定二、变速器与主减速器传动比的确定三、发动机、变速器与主减速器传动比的确定参考文献第四章汽车的制动性第一节制动性的评价指标第二节制动时车轮的受力一、地面制动力二、制动器制动力三、地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系四、硬路面上的附着系数第三节汽车的制动效能及其恒定性一、制动距离与制动减速度二、制动距离的分析三、制动效能的恒定性第四节制动时汽车的方向稳定性一、汽车的制动跑偏二、制动时后轴侧滑与前轴转向能力的丧失第五节前、后制动器制动力的比例关系一、地面对前、后车轮的法向反作用力二、理想的前、后制动器制动力分配曲线三、具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数四、前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上制动过程的分析五、利用附着系数与制动效率六、对前、后制动器制动力分配的要求七、辅助制动器和发动机制动对制动力分配和制动效能的影响八、制动防抱装置第六节汽车制动性的试验参考文献第五章汽车的操纵稳定性第一节概述一、汽车操纵稳定性包含的内容二、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应三、人一汽车闭路系统四、汽车试验的两种评价方法第二节轮胎的侧偏特性一、轮胎的坐标系二、轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线三、轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响四、回正力矩一一绕OZ轴的力矩五、有外倾角肘轮胎的滚动第三节线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应一、线性二自由度汽车模型的运动微分方程二、前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应一一等速圆周行驶三、前轮角阶跃输入下的瞬态响应四、横摆角速度频率响应特性第四节汽车操纵稳定性与悬架的关系一、汽车的侧倾二、侧倾时垂直载荷在左、右侧车轮上的'重新分配及其对稳态响应的影响三、侧倾外倾一一侧倾时车轮外倾角的变化四、侧倾转向五、变形转向一一悬架导向装置变形引起的车轮转向角六、变形外倾一一悬架导向装置变形引起的外倾角的变化第五节汽车操纵稳定性与转向系的关系一、转向系的功能与转向盘力特性二、不同工况下对操纵稳定性的要求三、评价高速公路行驶操纵稳定性的试验一一转向盘中间位置操纵稳定性试验四、转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系第六节汽车操纵稳定性与传动系的关系一、地面切向反作用力与“不足-过多转向特性”的关系二、地面切向反作用力控制转向特性的基本概念简介第七节提高操纵稳定性的电子控制系统一、极限工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点二、横摆力偶矩及制动力的控制效果三、各个车轮制动力控制的效果四、四个车轮主动制动的控制效果五、VSC系统的构成六、装有VSC系统汽车的试验结果第八节汽车的侧翻一、刚性汽车的准静态侧翻二、带悬架汽车的准静态侧翻三、汽车的瞬态侧翻第九节汽车操纵稳定性的路上试验一、低速行驶转向轻便性试验二、稳态转向特性试验三、瞬态横摆响应试验四、汽车回正能力试验五、转向盘角脉冲试验六、转向盘中间位置操纵稳定性试验参考文献第六章汽车的平顺性第一节人体对振动的反应和平顺性的评价一、人体对振动的反应二、平顺性的评价方法第二节路面不平度的统计特性一、路面不平度的功率谱密度二、空间频率功率谱密度C。
汽车行驶平顺性的评价指标
汽车行驶平顺性的评价指标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(1H Z ～1.6H Z )，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。
所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6～0.7g 。
6.2.1.1 平顺性评价指标在综合大量资料基础上，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三种不同的感觉界限。
我国参照ISO2631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》。
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三个不同感觉界限：舒适－降低界限CD T 、疲劳－工效降低界限FD T 和暴露极限。
舒适－降低界限CD T 与保持舒适有关。
在此极限内，人体对所暴露的振动环境主观感觉良好，并能顺利完成吃、读、写等动作。
疲劳－工效降低界限FD T 与保持工作效率有关。
当驾驶员承受振动在此极限内时，能保持正常地进行驾驶。
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。
三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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（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aw <0.315
0.315～0.63 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0
加权振级Law 110
110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
0.080 0.114 0.407 0.106 0.085 0.011
峰值 系数 5.0 4.7 5.5 4.9 5.0 4.5
16
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 峰值 名称 权函数 系数k 均方根值 系数
2
第六章 汽车的平顺性
振动系统 弹性元件 阻尼元件 车身、车轮质量
输入 路面不平度
车速 发动机、传动系和车轮等旋
转部件的非平衡干扰
本章将 不考虑
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（振动 系统的输入）、振动系统的动力学分析、振 动系统的输出特性等内容而展开。
强度
作用方向
持续时间
垂直方向4～12.5Hz
人体对水平方向的振
水平方向0.5～2Hz
动比垂直方向更敏感
人体最敏感 传至人体的振动加速度
思考：公交车和长途 客车在设计时对平顺
客观因素
性的要求有何不同？
5
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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ISO2631：《人 体承受全身振动评价指南》
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
15
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数 European轿车上振动测量结果
位置 坐标轴 频率加 轴加权 加权加速度 名称 权函数 系数k 均方根值
xs
ys
座椅
支承
zs
面
rx
ry
rz
wd
1.00
第六章 汽车的平顺性 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；汽车振动系统的 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。
返回目录
第六章 汽车的平顺性
➢什么是汽车平顺性？ ➢保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具 有一定舒适程度和保持货物完好的性能。 ➢为什么要研究汽车的平顺性？ ➢振动影响人的舒适性、工作效能、身体健康， 影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命。平顺 性研究的目的是有效控制汽车振动系统的动态特性。
思考：由轴加权系数的不同取值可否 确定人体对哪个点输入的振动最敏感？
xs、ys、zs
即人对座椅传给人体的振动最敏感
9
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
ISO2631-1：1997（E）标准还规定 当评价振动对健康的影响时
➢只考虑 xs、ys、zs 这三 个轴向振动，且xs、 ys 两
个水平轴向的轴加权系数
1
VDV
T 0
aw4
t
dt
4
/ ms 1.75
18
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 本节内容结束
下一节
19
1Hz f 80Hz
12
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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 at通过相 应的频率加权函数 w f
的滤波网络，得到加权加
速度时间历程 aw t 。
1
aw
1 T
T 0
aw2
t
dt
2
2）频谱分析法
取 k=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
k=1.4。
➢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。
10
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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4～12.5Hz。在4～ 8Hz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。
靠背
xb yb
wc
wd
0.80 0.50
0.212
4.3
0.087
4.4
zb
wd
0.40
0.140
4.9
xf
脚
yf
wk
0.25
wk
0.25
0.090
5.4
0.093
5.1
zf
wk
0.40
0.319
6.2
1
av
a2 2 vj
0.628
17
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
2.辅助评价法
➢当峰值系数 > 9时，ISO 2631-1：1997（E）标准规定用 加权加速度4次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大 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 评价方法 —— 振动剂量值。
wk
f
f / 4 2Hz f 4Hz 1 4Hz f 12.5Hz
12.5 / f 12.5Hz f 80Hz
wd
f
1 2 /
f
(0.5Hz f 2Hz)
2Hz f 80Hz
wc
f
8
1 /
f
(0.5Hz f 8Hz)
8Hz f 80Hz
we
f
1 1/
f
(0.5Hz f 1Hz)
➢1997年公布了ISO2631－1：《人体承受全身振动评价— 第一部分：一般要求》
➢我国对相应国际标准进行了修订，公布了GB/T4970 — 1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》
6
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体坐姿受振模型
共3个输入点、12个方向的振动 7
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
➢对 at进行频谱分
析，得到功率谱密度
函数Ga f 。
1
aw
80
W
0.5
2f
Ga f
df
2
13
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（2）三个方向总加权加速度均方根值
aw
1.4axw
2
1.4ayw
2
az2w
1 /
2
思考：为什么乘以系数1.4？
（3）总加权振级Law
Law 20lgaw / a0
➢ xs、ys 最敏感的频率范
围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 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，故应对水平振动 给予充分重视。
11
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
各轴向的频率加权函数（渐近线）
频率加权函数
0.5 0.5Hz f 2Hz
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
3
第六章 汽车的平顺性
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、人体坐 姿受振模型、平顺性的评价方法等。
返回目录 4
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
人体对振动的反应
主观因素 心理 生理
频率
频率加权函数和轴加权系数
位置 座椅支承面
靠背 脚
坐标轴名称
xs
ys zs rx
ry
rz
xb yb zb xf yf zf
频率加权函数 轴加权系数k
wd
1.00
wd
1.00
wk
1.00
we
0.63
we
0.40
we
0.20
wc
0.80
wd
0.50
wd
0.40
wk
0.25
wk
0.25
wk
0.40
8
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价