任务五 汽车行驶平顺性评价指标及检测

汽车平顺性可由路面-汽车-人系统框架图来分析
路面 汽车
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
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
评价指标 加权加速度 均方根值 撞击悬架限位 概率 行驶安全性
行驶平顺性的定义
汽车行驶平顺性，是指汽车在一般行驶速度 范围内行驶时，避免因汽车在行驶过程中所 产生的振动和冲击，使人感到不舒服、疲劳 ，甚至损害健康，或者使货物损坏的性能。 由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度 来评价，所以又称为乘坐舒适性。
1 ）总质量不变，m2 c
2 y m2 f m2 m2 f m2 r m2 c m2 aL 2 2）质心位置不变 y m2 r m2 m2 f a m2 r b 0 bL 2 y 3）转动惯量I y不变，I y c 1 m2 c m2 2 2 2 ab I y m2 y m2 f a m2 r b
m/ s
2
等时间曲线
加速度均方根值
垂直方向
tc
m / s2
fc
加速度均方根值
水平方向
tc
fc
三个界限的关系
这三个界限只是容许的振动加速度值不同。
暴露极限的值为疲劳-工效降低界限的2倍，
舒适降低界限为疲劳-工效降低界限的1／ 3.15。各界限容许加速度值，随频率的变化 趋势完全一样。
r : 有阻尼固有频率, r n
2 0 nt 2
振幅按e 衰减
z
A
A1
A2
Ae
Ae
nt
nt
t
衰减振动曲线
r n ＝0 1－
2 0 2
2
r
＝1 r＝0
大阻尼时系统不振动
0 r 0.25 3％ r 0 0
三、轮胎：轮胎由于本身的弹性，在很大程
度上吸收了因路面不平所产生的振动，因此 它和悬架系统共同保证了汽车的平顺性。 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%。
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。
五、非悬挂质量：减少非悬挂质量，可以减少传给
车身上的冲击力。非悬挂质量的振动，对悬挂质量振 动加速度有较显著的影响。因此，为了提高汽车的平 顺性，采用非悬挂质量较小的独立悬挂更为有利。 非悬挂质量对行驶平顺性的影响，常用非悬挂质量与 悬挂质量之比 进行评价。比质量越小，则行驶平顺性 越好。 总之，影响行驶平顺性的结构参数是很多，并且彼此 间的关系较复杂，必须对这些参数进行综合分析，以 便正确地选择参数，提高汽车行驶的平顺性。
z
ms
K
c
q
C K 2 令: 2 n , 0 ms ms
0 : 系统固有圆频率 0 1 f0 2 2
K ms n
C ：阻尼比， 0 2 ms K
微分方程的齐次方程 : z 0 z 2nz
2 0
0.25, 属于小阻尼
2 z Ae nt sin( 0 n2 t )
任务五 汽车行驶平顺性评价指标 及检测
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 第二节 汽车振动系统的简化，单质量系 统的振动 第三节 影响汽车行驶平顺性的因素
学习目标
掌握汽车行驶平顺性的评价指标和人体对振动
反应的感觉界限； 掌握汽车振动系统的简化方法，并能正确分析 车身振动的单质量系统模型； 了解汽车平顺性的影响因素。
良好行驶平顺性的意义
振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至
引起损坏，降低了汽车的使用寿命。 振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。 因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐 的舒适和所运货物的完整，而且关系到汽车的 运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可 靠性等方面。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

良好行驶平顺性的意义
汽车是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，其他如发动机、驾驶室 等，也是以橡皮垫固定于车架上。 由于道路不平而引起的冲击和加速、减速时的 惯性力，以及发动机与传动轴振动等产生的激 振力作用于车辆系统，将使系统发生复杂的振 动，对乘员的生理反应和所运货物的完整性， 均会产生不利的影响。
一 、 汽车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均方根值， 评价汽车的行驶平顺性。 为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60～80次／min(1～1.6Hz),振动加速度的极限值 为0.2g～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。达到1g车身加速度，可能使没有固定的货物离开 车厢底板。 所以，车身振动加速度的极限值应低于0.6g～0.7g。
人体最敏感的频率范围
垂直方向：4~12.5HZ
4~8HZ ：人体内脏器官产生共振 8~12.5HZ：影响人的脊椎系统

水平方向：0.5~2HZ
第二节
汽车震动系统的简化
一、7 自由度模型 4车轮，Ix Iy Z
z
y
x
当汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数 x( I ) y ( I ) 此时汽车车身只有垂直振动Z和俯仰振动Iy。

悬挂的非线性弹性特性的实现方法
在线性悬架中，加入辅助弹簧、复合弹簧
，采用适当的导向机构，以及与车架的支 承方式等。 选用具有非线性特性的弹性元件，如空气 弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧和硅油弹簧等 。
二、阻尼系统的阻尼：为衰减车身自由振动和
抑制车身、车轮的共振，以减小车身的垂直振 动加速度和车轮的振幅，悬架系统中应具有适 当的阻尼。 减振器的阻尼效果好，可提高汽车行驶平顺性 ，改善车轮与道路的接触条件，防止车轮离开 路面，因而可改善汽车的稳定性，提高汽车的 行驶安全性。改进减振器的性能，对提高汽车 在不平道路上的行驶速度有很大的作用。

试验方法测阻尼 比ξ

1 1 4 2 / ln 2 d
( d ?)
第三节 影响汽车行驶平顺性的因素
一、悬架结构：悬架结构主要指弹性元件、导向装 置与减振装置，其中弹性元件与悬架系统的阻尼对 平顺性影响较大。 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，减少悬架刚度，可降低车身 的固有频率，提高汽车行驶的平顺性。但悬架刚度 过低，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现 象。因此可采用具有非线性特性的变刚度悬架，即 悬架的刚度随载荷而变，这样可以使得在载荷变化 时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得良好 的平顺性。
A1 d :减幅系数 A2 A1 Ae d n ( t1 T ) e nT e A2 Ae
nt1 2 1 2
2 2 2 nT n n 2 2 1 1 r 0 2 ln d ( d ) 1 2
m2 c a c, b c Iy c

z
两个车轮、Z、φ
m2 r
m2 c
m2 f
m1 f
m1r
b
L
a
悬挂质量分配系数：

2 y
ab
＝1 联系质量m2 c 0
m2 f 和 m2 r 的振动是独立的 两自由度模型
两自由度：车轮，车身垂直速度Z
二、双质量振动系统模型
m2 r
m2 f
m1 f
m1r
三、单质量振动系统模型
f 5Hz 轮胎的变形十分小 ( ft : 车轮固有频率,ft 10 ~ 15H Z ) 单质量振动系统
z
x
K
m
c
q
单质量系统的自由振动
二阶常系数方程
) K ( z q) 0 q ms z C(z C K ) q z (z ( z q) 0 ms ms
暴露极限：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-工效降低界限：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。

二、人体对振动的反应
ISO在综合大量有关人体全身振动的研究工作
和文献的基础上，订出了国际标准IS02631《 人体承受全身振动的评价指南》。 该标准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 的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳降 低工作效率界限和舒适降低界限。
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。 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