越野车辆平顺性评价方法研究
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对于评价指标, ISO 2631 ! 1 推荐了振 动加速 度与人 对舒 适度 的主 观 感觉 的对 应关 系, 如表 2 所示。
表 1 BS 6841: 1987 和 ISO 2631 ! 1: 1997 轴向加权系数对比
T ab. 1 Comparison between ax es multiplying factors for BS 6841: 1987 and ISO 2631! 1: 1997
收稿日期: 2006- 03- 17 基金项目: 国家 十五 预先研究项目( 40407030103)
1 39 4
兵工学报
第 28 卷
入点、轴向上的振动对人体影响的差异, 给出了轴向 加权系数。
在时域内, 加权加速度均方根值 awt 为
∀ awt =
1 T
T
0
a
2 w
t
(
t
)
d
t
1 2
,
( 1)
式中: awt ( t ) 为加速度时间历程 a( t ) 经过频率加权 后的加权加速度时间历程; T 为振动分析时间。
在频域内, 加权加速度均方根值 awf 为
∀ awf =
f
2 | W ( f ) | 2 Ga( f ) df
1 2
,
f1
( 2)
式中: Ga ( f ) 为 a ( t ) 的自谱密度函数; W ( f ) 为频率 加权函数; f 1、f 2 分别为积分的下、上限频率。
在评价车辆的平顺性 时, ISO 2631 ! 1 只 考虑 对座椅支承面上 3 个方向线振动的加权加速度均方 根值轴向加权, 总的加权加速度均方根值 a tot 为
振动加速度加权/ ( m#s- 2)
人对舒适度的主观感觉
< 0 315
无不舒适
0 315~ 0 63
有一点不舒适
0 5~ 1
有一些不舒适
0 8~ 1 6
不舒适
1 25~ 2 5 >20
非常不舒适 极度不舒适
1 2 坏路行驶平顺性评价 车辆在坏路上行驶时, 测得的加权加速度均方
根值振动波形的峰值系数较大, ISO 2631 及其类似
第 28 卷第 11 期 2 0 0 7 年 11 月
兵工学报 A CT A AR MA M EN T ARI I
V ol. 28 No. 11 N ov. 2007
越野车辆平顺性评价方法研究
吴志成, 陈思忠, 杨林, 张斌
( 北京理工大学 机械与车辆工程学院, 北京 100081)
摘要: 轮式车辆平顺性的评价体系主要有两类: 一类为 ISO 2631 及其类似标准, 一般用于评
kf
为频率加权系数,
i
如
kf i 已知,
则只需测
量振动输入点的加速度即可算出平均吸收功率。
对于坐姿受振人体, 一般考虑人体躯干部 3 个
方向和脚部垂直方向的振动输入, 但各个方向上的
kf 并不相同。 kf 需要通过大量试验获得, 试验中,
i
i
受试人群 不同或 受试 人自身 状态不 同( 紧张 或松
弛)
T ourneau 测试站 7 号 路的路面不平度 均方根值都 达到了 3 4 in.
,
也会使获得的
kf
有所差别。但试验大都表明,
i
人体躯干部垂直方向的频率加权函数的最大值出现
在 5 H z 附 近, 这 正 是 人 体 内 脏 器 官 的 共 振 频 率[ 14- 15] 。
ห้องสมุดไป่ตู้
用于评价军用车辆乘坐舒适性的试验道路为一
组路面不平度不同的碎石路。路面不平度均方根值
的范 围 较 宽, 如 美 国 Yuma 试验 场 5 号 路 和 Le
中图分类号: U 467 1+ 1
文献标志码: A
文章编号: 1000 1093( 2007) 11 1393 04
Research on Objective Evaluation Criterion for Ride Comfort of Off road Vehicles
WU Zhi cheng, CH EN Si zhong, YANG L in, ZHANG Bin
的峰值系数大多小于 6[ 8] , 故可采用 ISO 2631 及其 类似标准评价普通车辆和越野 车辆的公路行 驶平
顺性。
2 基于限值的平顺性评价方法
美军及北约评价军用车辆平顺性包括乘坐舒适
性和抗冲击性两方面内容, 分别基于 6 W 平均吸收
功率和 2 5 g 垂直方向加速度峰值两个限值 进行 评价。
1
atot = [ kdx adwx ) 2+ ( k dyadwy ) 2+ ( k dzadwz ) 2] 2,
( 3)
式中 k dx、k dy、k dz 为方向加权系数。
基本原理与 ISO 2631 ! 1 大致相同的现行标准 还有: BS 6841: 1987、ANSI S3 18: 2002、JIS B 7760! 2: 2004、EN 14253: 2004、AS 2670 1: 2001 及 VDI 2057: 2002 等。
普通车辆平顺性客观评价的一般方法与美军及 北约评价军用车辆的方法不同。越野车辆的平顺性 客观评价应综合采用以下两种方法, 即在公路行驶 工况参照 ISO 2631 及其类似标准, 在越野行驶工况 采用基于限值的平顺性评价方 法进行平顺性 客观 评价。
1 ISO 2631 及其类似标准
ISO 2631 是国际 标准化组织制定的评价 人体 承受全身振动的标准。自 1974 年以来, 该标准已经
2 1 平均吸收功率
20 世纪 60 年代, 美国的 P radko、L ee 和 Butku nas 等人的研究[ 9- 13] 表明: 人们对振动的主观感受 与人体吸收的振动能量有关。故他们建议用平均吸
收功率评价振动对人体的影响。
在时域内, 平均吸收功率 A A Pt 可表示为
∀ A A Pt =
过多次修订。目前尽管还存在一些不同看法[ 1- 3] , 各国汽车行业评价车辆平顺性一般还是参照ISO 2631 及其类似标准。
1 1 公路行驶平顺性评价 ISO 2631 ! 1: 1997( E) [ 4] 对坐姿受振人体要求
考虑座 椅支承 面、靠背和 脚支 承面 3 个 位置 上各 3 个方向的线振动和座椅支承面上 3 个方向的角振 动。该标准根据人体对振动频率敏感程度不同, 给 出各加速度量对应的频率加权函数。并根据不同输
( School of M echanical and V ehicular Eng ineering, Beijing I nstitute of T echnolog y, Beijing 100081, China)
Abstract : T here are main t wo t ypes of evaluat ion systems for ride comf ort of w heeled vehicles. One e valuat ion systen, includeing ISO 2631 and other similar st andards, is g enerally used to evaluate t he comnen vehicles, t he anot her based on t wo limits, i. e. 6 W average absorbed power and 2 5 g vert ical accelerat ion peak, is used to evaluat e military vehicles by U. S. army and NAT O. T he practice of U. S. arm y in t he past t est if ied t hat t he evaluat ion method based on limits is proper and built on tests. As the ride comfort evaluat ion of of f road vehicle is similiar t o t hat of milit ary vehicle, it is feasible to eval uate t he of f road vehicles by using t he evaluation met hod based on lim it s. Key words: road t ransport at ion; off road vehicle; ride com fort; evaluat ion method
lim
T%&
1 T
T
F i( t ) v i( t ) dt ,
0
( 7)
式中: F i( t ) 为振动输入力的时间历程; v i( t ) 为振动 输入速度的时间历程。
在频域内, 平均吸收功率 A A Pf 可表示为
f
∀ A A Pf = 4 | CFv ( f ) | cos ( f ) df , f3
各标准在细节上略有不同, 如图 1[ 5] 和表 1[ 6] 显 示了 BS 6841 与 ISO 2631 ! 1 在频率加权范围、频 率加权函数和轴向加权系数等方面的差别。
图 1 BS 6841: 1987 和 I SO 2631 ! 1: 1997 垂直加速度 加权函数曲线对比
Fig. 1 Compar ison between vertical acceler ation w eig ht ing curves for BS 6841: 1987 and ISO 2631! 1: 1997
MT VV aw t
∃1
5
或
VDV
1
aw tT 4
∃1
75 时,
( 6)
用 MT V V 或 V DV 进行评价。但对于评价指标, 由
于缺乏试验依据, ISO 2631 及类似标准未给出明确 数值。
第 11 期
越野车 辆平顺性评价方法研究
1 395
1 3 小结 试验表明: 车辆在公路上行驶时, 测得振动波形
价普通车辆; 另一类为基于 6 W 平均吸收功率和 2 5 g 垂直方向加速度峰值两个限值的评价方法,
一直为美军及北约用于评价军用车辆。美军多年实践证明, 采用基于限值的平顺性评价方法是适
当且有试验依据的。越野车辆的平顺性评价同军用车辆类似, 采用基于限值的平顺性评价方法评
价越野车辆是可行的。
关键词: 公路运输; 越野车辆; 平顺性; 评价方法
标准提出采用 最大瞬时振动值和振动 剂量值进行
评价。
最大瞬时振动值 MT V V 可表示为
∀ MT V V = max 1
t
0
1
a
2 w
t
(
t)dt
2
,
t 0-
( 4)
式中: t 0 为瞬时时刻; 为积分时间, 推荐为 1 s.
振动剂量值 V D V ( 单位为 m/ s1 75) 可表示为
∀ VD V=
T
a
4 wt
(
t
)
d
t
1 4
.
0
( 5)
ISO 2631 ! 1 规 定: 当 振 动 波 形的 峰 值 系 数
( aw t ( t ) 的峰值与 aw t 之比) 小于 9 时, 用 aw t 评价振 动对人体舒适度和健康的影响。当峰值系数大于 9 ( BS 6841: 1987 规定: 当峰值系数大于 6[ 7] ) 或满足
位置
方向
轴向加权系数 kd
BS 6841: 1987 ISO 2631 ! 1: 1997
x向
10
14
坐椅
y向
10
14
z向
10
10
靠背
x向
08
08
表 2 振动加速度与人对舒适度的主观 感觉的对应关系
T ab. 2 ISO 2631 ! 1: 1997 g uidelines for levels of comfort for different v ibration magnitudes
由于, F i( t ) 与 v i( t ) 都可以用振动输入点的加
速度 ai( t ) 表示, 故 A A P t 还可表示为
n
∋ A A Pt =
i= 0
kf
i
a
2 f
i
,
( 9)
式中: af i 为 ai( t ) 在频率 f i ( 1 H z ( f i ( 80 H z) 上的
均方根值,
( 8)
式中: | GFv ( f ) | 为 F i( t ) 与 v i( t ) 的互谱函数的模; ( f ) 为 Fi ( t ) 与 v i ( t ) 的相位差; f 3、f 4 分别为下、
上限频率。
测量 并 计 算 平 均 吸 收 功 率 的 原 理 图 如 图 2
所示。
图 2 平均吸收功率的计算 Fig . 2 M ethod of calculating av erage abso rbed pow er
表 1 BS 6841: 1987 和 ISO 2631 ! 1: 1997 轴向加权系数对比
T ab. 1 Comparison between ax es multiplying factors for BS 6841: 1987 and ISO 2631! 1: 1997
收稿日期: 2006- 03- 17 基金项目: 国家 十五 预先研究项目( 40407030103)
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兵工学报
第 28 卷
入点、轴向上的振动对人体影响的差异, 给出了轴向 加权系数。
在时域内, 加权加速度均方根值 awt 为
∀ awt =
1 T
T
0
a
2 w
t
(
t
)
d
t
1 2
,
( 1)
式中: awt ( t ) 为加速度时间历程 a( t ) 经过频率加权 后的加权加速度时间历程; T 为振动分析时间。
在频域内, 加权加速度均方根值 awf 为
∀ awf =
f
2 | W ( f ) | 2 Ga( f ) df
1 2
,
f1
( 2)
式中: Ga ( f ) 为 a ( t ) 的自谱密度函数; W ( f ) 为频率 加权函数; f 1、f 2 分别为积分的下、上限频率。
在评价车辆的平顺性 时, ISO 2631 ! 1 只 考虑 对座椅支承面上 3 个方向线振动的加权加速度均方 根值轴向加权, 总的加权加速度均方根值 a tot 为
振动加速度加权/ ( m#s- 2)
人对舒适度的主观感觉
< 0 315
无不舒适
0 315~ 0 63
有一点不舒适
0 5~ 1
有一些不舒适
0 8~ 1 6
不舒适
1 25~ 2 5 >20
非常不舒适 极度不舒适
1 2 坏路行驶平顺性评价 车辆在坏路上行驶时, 测得的加权加速度均方
根值振动波形的峰值系数较大, ISO 2631 及其类似
第 28 卷第 11 期 2 0 0 7 年 11 月
兵工学报 A CT A AR MA M EN T ARI I
V ol. 28 No. 11 N ov. 2007
越野车辆平顺性评价方法研究
吴志成, 陈思忠, 杨林, 张斌
( 北京理工大学 机械与车辆工程学院, 北京 100081)
摘要: 轮式车辆平顺性的评价体系主要有两类: 一类为 ISO 2631 及其类似标准, 一般用于评
kf
为频率加权系数,
i
如
kf i 已知,
则只需测
量振动输入点的加速度即可算出平均吸收功率。
对于坐姿受振人体, 一般考虑人体躯干部 3 个
方向和脚部垂直方向的振动输入, 但各个方向上的
kf 并不相同。 kf 需要通过大量试验获得, 试验中,
i
i
受试人群 不同或 受试 人自身 状态不 同( 紧张 或松
弛)
T ourneau 测试站 7 号 路的路面不平度 均方根值都 达到了 3 4 in.
,
也会使获得的
kf
有所差别。但试验大都表明,
i
人体躯干部垂直方向的频率加权函数的最大值出现
在 5 H z 附 近, 这 正 是 人 体 内 脏 器 官 的 共 振 频 率[ 14- 15] 。
ห้องสมุดไป่ตู้
用于评价军用车辆乘坐舒适性的试验道路为一
组路面不平度不同的碎石路。路面不平度均方根值
的范 围 较 宽, 如 美 国 Yuma 试验 场 5 号 路 和 Le
中图分类号: U 467 1+ 1
文献标志码: A
文章编号: 1000 1093( 2007) 11 1393 04
Research on Objective Evaluation Criterion for Ride Comfort of Off road Vehicles
WU Zhi cheng, CH EN Si zhong, YANG L in, ZHANG Bin
的峰值系数大多小于 6[ 8] , 故可采用 ISO 2631 及其 类似标准评价普通车辆和越野 车辆的公路行 驶平
顺性。
2 基于限值的平顺性评价方法
美军及北约评价军用车辆平顺性包括乘坐舒适
性和抗冲击性两方面内容, 分别基于 6 W 平均吸收
功率和 2 5 g 垂直方向加速度峰值两个限值 进行 评价。
1
atot = [ kdx adwx ) 2+ ( k dyadwy ) 2+ ( k dzadwz ) 2] 2,
( 3)
式中 k dx、k dy、k dz 为方向加权系数。
基本原理与 ISO 2631 ! 1 大致相同的现行标准 还有: BS 6841: 1987、ANSI S3 18: 2002、JIS B 7760! 2: 2004、EN 14253: 2004、AS 2670 1: 2001 及 VDI 2057: 2002 等。
普通车辆平顺性客观评价的一般方法与美军及 北约评价军用车辆的方法不同。越野车辆的平顺性 客观评价应综合采用以下两种方法, 即在公路行驶 工况参照 ISO 2631 及其类似标准, 在越野行驶工况 采用基于限值的平顺性评价方 法进行平顺性 客观 评价。
1 ISO 2631 及其类似标准
ISO 2631 是国际 标准化组织制定的评价 人体 承受全身振动的标准。自 1974 年以来, 该标准已经
2 1 平均吸收功率
20 世纪 60 年代, 美国的 P radko、L ee 和 Butku nas 等人的研究[ 9- 13] 表明: 人们对振动的主观感受 与人体吸收的振动能量有关。故他们建议用平均吸
收功率评价振动对人体的影响。
在时域内, 平均吸收功率 A A Pt 可表示为
∀ A A Pt =
过多次修订。目前尽管还存在一些不同看法[ 1- 3] , 各国汽车行业评价车辆平顺性一般还是参照ISO 2631 及其类似标准。
1 1 公路行驶平顺性评价 ISO 2631 ! 1: 1997( E) [ 4] 对坐姿受振人体要求
考虑座 椅支承 面、靠背和 脚支 承面 3 个 位置 上各 3 个方向的线振动和座椅支承面上 3 个方向的角振 动。该标准根据人体对振动频率敏感程度不同, 给 出各加速度量对应的频率加权函数。并根据不同输
( School of M echanical and V ehicular Eng ineering, Beijing I nstitute of T echnolog y, Beijing 100081, China)
Abstract : T here are main t wo t ypes of evaluat ion systems for ride comf ort of w heeled vehicles. One e valuat ion systen, includeing ISO 2631 and other similar st andards, is g enerally used to evaluate t he comnen vehicles, t he anot her based on t wo limits, i. e. 6 W average absorbed power and 2 5 g vert ical accelerat ion peak, is used to evaluat e military vehicles by U. S. army and NAT O. T he practice of U. S. arm y in t he past t est if ied t hat t he evaluat ion method based on limits is proper and built on tests. As the ride comfort evaluat ion of of f road vehicle is similiar t o t hat of milit ary vehicle, it is feasible to eval uate t he of f road vehicles by using t he evaluation met hod based on lim it s. Key words: road t ransport at ion; off road vehicle; ride com fort; evaluat ion method
lim
T%&
1 T
T
F i( t ) v i( t ) dt ,
0
( 7)
式中: F i( t ) 为振动输入力的时间历程; v i( t ) 为振动 输入速度的时间历程。
在频域内, 平均吸收功率 A A Pf 可表示为
f
∀ A A Pf = 4 | CFv ( f ) | cos ( f ) df , f3
各标准在细节上略有不同, 如图 1[ 5] 和表 1[ 6] 显 示了 BS 6841 与 ISO 2631 ! 1 在频率加权范围、频 率加权函数和轴向加权系数等方面的差别。
图 1 BS 6841: 1987 和 I SO 2631 ! 1: 1997 垂直加速度 加权函数曲线对比
Fig. 1 Compar ison between vertical acceler ation w eig ht ing curves for BS 6841: 1987 and ISO 2631! 1: 1997
MT VV aw t
∃1
5
或
VDV
1
aw tT 4
∃1
75 时,
( 6)
用 MT V V 或 V DV 进行评价。但对于评价指标, 由
于缺乏试验依据, ISO 2631 及类似标准未给出明确 数值。
第 11 期
越野车 辆平顺性评价方法研究
1 395
1 3 小结 试验表明: 车辆在公路上行驶时, 测得振动波形
价普通车辆; 另一类为基于 6 W 平均吸收功率和 2 5 g 垂直方向加速度峰值两个限值的评价方法,
一直为美军及北约用于评价军用车辆。美军多年实践证明, 采用基于限值的平顺性评价方法是适
当且有试验依据的。越野车辆的平顺性评价同军用车辆类似, 采用基于限值的平顺性评价方法评
价越野车辆是可行的。
关键词: 公路运输; 越野车辆; 平顺性; 评价方法
标准提出采用 最大瞬时振动值和振动 剂量值进行
评价。
最大瞬时振动值 MT V V 可表示为
∀ MT V V = max 1
t
0
1
a
2 w
t
(
t)dt
2
,
t 0-
( 4)
式中: t 0 为瞬时时刻; 为积分时间, 推荐为 1 s.
振动剂量值 V D V ( 单位为 m/ s1 75) 可表示为
∀ VD V=
T
a
4 wt
(
t
)
d
t
1 4
.
0
( 5)
ISO 2631 ! 1 规 定: 当 振 动 波 形的 峰 值 系 数
( aw t ( t ) 的峰值与 aw t 之比) 小于 9 时, 用 aw t 评价振 动对人体舒适度和健康的影响。当峰值系数大于 9 ( BS 6841: 1987 规定: 当峰值系数大于 6[ 7] ) 或满足
位置
方向
轴向加权系数 kd
BS 6841: 1987 ISO 2631 ! 1: 1997
x向
10
14
坐椅
y向
10
14
z向
10
10
靠背
x向
08
08
表 2 振动加速度与人对舒适度的主观 感觉的对应关系
T ab. 2 ISO 2631 ! 1: 1997 g uidelines for levels of comfort for different v ibration magnitudes
由于, F i( t ) 与 v i( t ) 都可以用振动输入点的加
速度 ai( t ) 表示, 故 A A P t 还可表示为
n
∋ A A Pt =
i= 0
kf
i
a
2 f
i
,
( 9)
式中: af i 为 ai( t ) 在频率 f i ( 1 H z ( f i ( 80 H z) 上的
均方根值,
( 8)
式中: | GFv ( f ) | 为 F i( t ) 与 v i( t ) 的互谱函数的模; ( f ) 为 Fi ( t ) 与 v i ( t ) 的相位差; f 3、f 4 分别为下、
上限频率。
测量 并 计 算 平 均 吸 收 功 率 的 原 理 图 如 图 2
所示。
图 2 平均吸收功率的计算 Fig . 2 M ethod of calculating av erage abso rbed pow er