第六章汽车的平顺性

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第六章汽车的平顺性
平顺性的评价指标
– 基本评价方法-加权加速度均方根aw的计算
方法2 • 对随机加速度的时间历程a(t),先进行频谱
分析得到功率谱密度函数Ga(f),计算得到aw
这种方法是频率域内计算的方法
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•平顺性的评价指标
• 3) 当同时考虑Xs、Ys、Zs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 下式计算(老国家标准GB/T 4970-1996 ) :
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平顺性的评价
• 一、人体对振动的反应:
– 机械振动对人体的影响,取决于振动的频率、强度、作 用方向和持续时间,而且每个人的心理与身体素质不同, 故对振动的敏感程度有很大差异。
– 平顺性的评价比较困难,现在一般以国际标难化组织 (ISO) 制定的国际标准ISO2631:《人体承受全身振动评 价指南》为依据
• 左图为汽车简化成4个自由度的 平面模型。
• 在这个模型中,又因轮胎阻尼较 小而予以忽略
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第六章 汽车的平顺性
• 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:
• 标准规定靠背水平轴向可以由椅面水平轴向代替,此时轴 加权系数取k=1.4。因此,我国在修订的相应标准GB/ T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验力法》时, 评价汽车平顺性就考虑椅面Xs、Ys、Zs三个轴向。
• 新标准 GB/T4970-2009采用座椅、靠背和脚三个点、各 三个方向的线振动,共9个轴向
•ISO2631认为:此处的T与式(6-1)相同
•新国家标准GB/T 4970-2009认为是作用时间,即:从前轮接触凸块 到汽车驶过凸块且冲击响应消失时间段
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第六章 汽车的平顺性
• §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:
• 汽车是一个复杂的振动系统,应根据所分析的问 题进行简化。
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人体坐姿受振模型
• ISO2631—1:1997(E)标准 规定了图6—2所示的人体坐 姿受振模型。
• 在进行舒适性评价时,它除 了考虑座椅支承面处输人点 3个方向的线振动,还考虑 该点3个方向的角振动,以 及座倚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。
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第六章 汽车的平顺性
• 左图是把汽车车身质量看作为刚体的 立体模型。
• 汽车的悬挂(车身)质量为m2,它由车 身、车架及其上的总成所构成。该质 量绕通过质心的横轴y的转动惯量为 Iy,悬挂质量通过减振器和悬架与车 轴、车轮相连接。
• 车轮、车轴构成的非悬挂(车轮)质量 为m1。车轮再经过具有一定弹性和 阻尼的轮胎支承在不平的路面上。
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•式中,ρy一为绕横轴y的回转半径;a、b为车身质量部分 的质心至前、后轴的距离。
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• 由此得出三个集中质量分别为:
•称为悬挂质量分配系数
•当ε=1时,联系质量m2c=0。 •根据统计,大部分汽车的ε=0.8-1.2, 接近1。在ε=1的情况下,前、后轴上 方车身部分的集中质量m2f、m2r的垂 直方向运动是相互独立的
平顺性的评价方法
• 两种方法:
– 基本评价方法-加权加速度均方根aw – 辅助评价方法-振动剂量VDV
•基本评价方法:当 振动波形峰值系数 <9时采用
•适用于一般汽车行 驶
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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
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单质量系统的振动
• 车身单质量系统振动的动力学方程
•通解是对应齐次方程的通解与非齐次 方程一个特解之和组成。
•令:
•齐次方程为: •或:
双质量系统的振动
• 该系统除了具有前述车身 部分的动态特性外,还能 反映车轮部分在10-15Hz 范围产生高频共振时的动 态特性
• 它对平顺性和车轮的接 地 性有较大影响,更接近汽 车悬挂系统的实际情况
•经常称为1/4汽车模型
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单质量系统的振动
• 在远离车轮部分固有频率 (10-15Hz)的较低激振频 率范围(如5Hz以下),轮 胎变形很小,忽赂其弹性 与车轮质量,得到分析车 身垂直振动的最简单的单 质量系统。
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
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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 B、再按下式计算加权加速度均方根值:
式中,T为振动的分析时间,课本建议一般取120s。 这种方法是时间域内计算的方法
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第六章 汽车的平顺性
• 在ε=1的情况下,当前 轮遇到路面不平度面引 起振动时,质量m2f运 动.而质量m2r不运动; 反之亦然。 因此,在这种特殊情况 下,可以分别讨论图6— 12上m2f和前轮轴以及 m2r和后轮轴所构成的两 个双质量系统的振动。
经常称为1/4汽车模型
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•GB/T 4970-1996 称Law为等效均值 • 振动加速度aw增大10倍, Law增加20dB
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•平顺性的评价指标
•0.5
•ISO263 1
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•平顺性的评价指标
• (二)辅助评价方法: • 当峰值系数>9时,ISO2631—1:1997(E)标准规
定用均4次方和根值的方法来评价,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 (VDV,vibration dose value)为:
• 研究平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态 特性,使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不 超过一定界限,以保持乘员的舒适性。
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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。
( weighted)代表加权的意思,也是瞬时值,一般来讲aw(t) ≠ a (t) – aw:一段时间T内的加权加速度的均方根值,不是瞬时值
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几个概念:信号x(物理量)均值 μ、方差σ2 和均方值ψ2
•重要结论: •当均值为零时, 方差等于均方值, 标准差等于均方 根值
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ISO2631—1:1997(E)标准还规定了 站姿和卧姿受振模型
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人体对不同方向的振动敏感性不一样
• 在表6-1给出了对各轴向的轴加权系数,系数越大,对此轴向振动越敏感
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人体对不同频率的振动敏感性不一样
• 在图6-3给出了 各轴向0.580Hz的频率加 权函数(渐进线, 也就是近似的), 函数值越大, 对此频率处的 振动越敏感
平顺性是舒适性的主要内容
•舒适性还包括:噪声、空调、
•乘坐环境(空间)、驾驶操作性能
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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:
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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。
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人体对不同频率的振动敏感性不一样
ISO2631-1:1997(E) 规定的频率加权函数(与课本图6-3对照)
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• 另外,ISO2631—1:1997(E)标准还规定,当评价振动对 人体健康的影响时,就考虑xs、ys、zs这三个轴向,且 xs、ys两个水平轴向的轴加权系数取k=1.4,比垂直轴向 更敏感。
• 在讨论平顺性时,这一立体模型的车 身质量主要考虑垂直、俯仰、侧倾3 个自由度,4个车轮质量有4个垂直自 由度,共7个自由度。
第六章汽车的平顺性
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• 汽车对称于其纵轴线且左、右车 辙的不平度函数x(I)=y(I)(也就 是左右车辙相同),此时汽车车 身只有垂直振动和俯仰振动,这 两个自由度的振动对平顺性影响 最大。
• 随机振动是非周期振动,振动加速度里面有 各种频率成分。
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• 注意区别:
– 悬挂质量和非悬挂质量: 悬挂质量是悬架主弹簧上的质量,也称簧载质量,包括车身、 车架、发动机等;非悬挂质量是弹簧之下的质量,也称非簧 载质量,包括车轮,非独立悬架的车桥。联接车轮和车身、 车架的那部分元件的质量要按照其相应的功能关系分成悬挂 质量和非悬挂直量
– 许多国家都参照它进行汽车平顺性的评价,我国对相应标准 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》。现在又有新国家标准GB/T 49702009 《汽车平顺性试验方法》
•我们国家的GB/T 13441.1-2007 《机械振动与冲击 人体暴露于全身振动 的评价 第1部分:一般要求》也是等效采用等效采用ISO2631-1:1997(E) 制定的
第六章汽车的平顺性
2020/11/28
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 引言:
– 平顺性的含义: 汽车的平顺性就是保持汽车在行驶过程中产生
的振动和冲击对承员舒适性的影响在一定界限之内, 对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。
平顺性主要是根据乘员的舒适性感觉来评价,但一些 标准往往是采用客观评价指标。
• 椅面水平轴向xs、ys的频率加权函数最敏感频率 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。
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平顺性的评价方法
• 注意几个符号
– a(t):加速度的时间历程,是时间t的函数,是瞬时值 – aw(t) :加权后的加速度的时间历程,也是时间t的函数;下标w
– 后来对它进行过修订、补充。从1985年开始进行令面修 订,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》
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平顺性的评价依据
– ISO2631-1:1997(E)《人体承受全身振动评价——第一部 分:一般要求》:此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时,能与主观感觉更 好地符合。适用于全身振动,不只适用于汽车
•注意:x、y轴方向有个1.4的系数,为什么
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•平顺性的评价指标
• 4) 有些“人体振动测量仪”采用加权振级 Law(dB) ,它与加权加速度均方根值aw 换算, 按下式进行:
• a0为参考加速度均方根值, a0=10-6 m.s-2
– 表6—2给出了加权振级和加权加速度均方根值 与人的主观感觉之间的关系
第六章汽车的平顺性
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补充一点: • 原来标准认为(参看第2版教材):振动对人体的影响有三个
界限 – (1)暴露极限,是保护健康与安全界限,通常称为人体承
受振动的上限 – (2)疲劳—工效降低界限,此界限内能够保持工作效率 – (3) 舒适降低界限,保持舒适性界限。 A、暴露极限为疲劳—工效降低界限的2倍,疲劳—降低工
效界限为降低舒适界限的3.15倍 B、三个界限、极限都随着时间的增加而降低
第六章汽车的平顺性
第六章 汽车的平顺性
• 椅面垂直轴向Zs的频率加权函数最敏感频率范围 标准规定为4—12.5Hz,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 的振动对入的脊椎系统影响很大。
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