第六章汽车平顺性
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Gq(f)
f
2
1 n 2
时间频率谱密度 Gq(f)
f n
1
Gq (n)
1 2
1
f 2n
f
Δn
速度u不同时，空 空间频率谱密度
Gq(n)
2 q ~ n
间频率与时间频 n 率的关系
第二节 路面不平度的统计特征 上式可化为
u Gq ( f ) Gq (n0 )n 2 f
2013-12-20
12/135
ISO 2631 人体对振动反应的“疲劳-工效降低界限” （垂直方向）
分别代表什么？
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 平顺性的评价标准
评价标准 ISO2631-1:1997(E) 《人体承受全身振动评价——第一部分 ：一般要求》 GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》 所考虑的振动
பைடு நூலகம்
2013-12-20
2/135
第六章 汽车的平顺性
汽车使用性能的主要指标——乘坐舒适性
1）振动频率
2）振动加速度 3）振幅
2013-12-20
3/135
第六章 汽车的平顺性
概述 汽车在运行过程中，路面不平等原因引起 汽车振动，它影响舒适性和身体健康。 保持振动环境的舒适性，以保持驾驶员在 复杂行驶和操纵条件下，具有良好的心理状态 和准确灵敏的反应。 汽车的平顺性影响“人－汽车”系统的操 纵稳定性以及行驶安全性。
颅骨的固有频率大致为300-400Hz，而腹部内脏的固有
频率约为4-8Hz，脊椎系统大致为8-12.5Hz等。车辆的
随机振动，对人体系统来说就是一种激励。这种随机激 励的频率往往不是一个或几个而是分布在某一频率范围 内，形成一个频带。于是，它总可以使人体的某一部分 发生共振，人就会感到不适。比方说，当车辆随机振动
2 0
还可得到
Gq ( f ) 4 Gq (n0 )n u
2 2 0
Gq ( f ) 16 Gq (n0 )n u f
4 2 0
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2
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第二节 路面不平度的统计特征
位移功率谱密度
速度功率谱密度
加速度功率谱密度
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覆盖了在常用车速下车身质量的振动频率范围12Hz以及车轮质量振动的频率范围10-15Hz 38/135
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权系数
椅面z向：
椅面x,y向和靠背y向 ： 靠背x向 ：
2013-12-20
17/135
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
3、均方根值
1 2 a a (t )dt T 0
T
a(t)是测试的加速度时间信号。
4、加权均方根值
Gq(n0)—路面不平度系数(m2/m-1)
w—频率指数，一般取为2
2013-12-20 28/135
第二节 路面不平度的统计特征
路面不平度 8 级分类
路面等级 Gq(no)×10-6m2／m-1 no＝0.1m-1 下限 几何平均值 上限 8 16 32 32 64 128 128 256 512 512 1024 2048 2048 4096 8192 8192 16384 32768 32768 65536 131072 131072 262144 524288 σq×10-3m 0.011m-1＜n＜2.83m-1 下限 几何平均值 上限 2.69 3.81 5.38 5.38 7.61 10.77 10.77 15.23 21.53 21.53 30.45 43.06 43.06 60.90 86.12 86.13 121.80 172.26 1?2.26 243.61 344.52 344.52 487.22 689.04
记录的模拟信号
模拟-数字转换
a t
ai t
快速傅里叶变换
AK AK (fs )
K=1,2,·,N/2 · · 计算自功率谱
AK AK
i=1,2,·,N/2 · ·
W (f )频率加权
均方根值计算
av
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AWK A
WK
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处
理得到路面不平度功率谱 G
q
(n) 或方差
2 q
。
如何理解？
第二节 路面不平度的统计特征 一、路面不平度的功率谱密度
n Gq ( n ) Gq ( n0 ) n 0
式中 n—空间频率，m-1 n0—0.1 m-1
w
0.011-2.83
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
第二节 路面不平度的统计特性
第三节 单质量系统的振动 第四节 车身与车轮双质量系统的振动 第五节 双轴汽车的振动 第六节 人体——座椅系统的振动
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第一讲
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 第二节 路面不平度的统计特性
第二节 路面不平度的统计特征
左、右轮相关
总加权振级Law
Law 20lg aw / a0
a0—参考加速度均方根值。
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a0 10 m / s
6
2
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用相应的软件， 快速、精确的进行自谱、互谱、传递函数、相干函数和
概率统计等各种数据处理。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 平顺性指标和人的感觉间的关系
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 ～128 126 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
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A B C D E F G H
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第二节 路面不平度的统计特征
功率谱密度 q (n) G
C
A
B
n Gq (n) Gq (n0 ) n 0
W
空间频率n
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纵坐标和横坐标均采用对数单位
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第二节 路面不平度的统计特征
2013-12-20
ISO2631-1规定，舒适性评价时，考虑座椅支承处的3个线振 动和3个角振动，靠背和脚支承处各3个线振动，共12个轴向 振动。健康影响评价时，仅考虑座椅支承处的3个线振动xs、 ys、zs。
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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
座椅支撑面处 3+3 脚支撑面处 3 座椅靠背处 3
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。
a(t) 频率加 权滤波 网络 aw(t)
1 2 aw a w (t )dt T 0
T
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
1 2 aw aw (t )dt T 0
T
a(t ) Ga ( f )
的关系
f=u*n
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)。
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时间频率范围？
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第二节 路面不平度的统计特征 2、路面时间谱密度与空间频率谱密度的关系
1 Gq ( f ) Gq (n ) u
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空间频率和时间频率谱密度的关系
频带在4-8Hz附近时，腹腔将要发生共振，人就难受得
会呕吐；当车辆随机振动的频率提高到300-400Hz时，
脑腔要发生共振，人就会感到头昏难受。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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平顺性主要靠主观感觉判断。
国际标准ISO 2631《人体承受全身振动的评价 指南》，以短时间简谐振动的实验结果为基础。 我国国家标准《汽车平顺性随机输入行驶试验方 法》以及《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1～80Hz振 动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限。
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第六章 汽车的平顺性
路面
汽车
人
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第六章 汽车的平顺性
平顺性：保持汽车行驶过程中乘员所处的 振动环境具有一定舒适度的性能， 并保持货物的完好无损。 评价方法：根据乘员舒适程度评价 汽车振动系统及其评价指标
振动
输入
分别代表什么？ 2013-12-20
rms－加速度均方根值
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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－工效降低界限TFD：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 与保持工作效率有关。 舒适－降低界限TCD：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。它与保持舒适有关。
系统 汽车
输出
评价 指标
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第六章 汽车的平顺性
输入－振动系统－输出－评价指标
输 入：路面不平度、车速。 振动系统：弹性元件、阻尼元件、质量。 输 出：悬挂质量或人体加速度、车轮动载荷。 评价指标：人体对振动的响应、轮胎的接地性。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
n Gq (n) Gq (n0 ) n 0
2
W
Gq (n) (2n0 ) Gq (n0 )
大小在整个频率范围内 不变，即:为一常数，称 为白噪声。
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第二节 路面不平度的统计特征 二、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
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第二节 路面不平度的统计特征
n Gq (n) Gq (n0 ) n 0
2
W
位移功率谱
Gq (n) (2n) Gq (n)
速度功率谱
Gq (n) (2n) Gq (n)
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加速度功率谱
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第二节 路面不平度的统计特征
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
1、轴加权系数 对不同方向振动，人体敏感度不一样。该标准用轴加 权系数描述这种敏感度。 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。
速度均方根值为：
aw (1.4axw ) (1.4a yw ) a
2 2
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2 zw
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 三个方向总加权加速度均方根值
1.4a 2 1.4a a 2 aw xw yw zw
2
1/ 2
按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动测量仪” 在平顺性评价试验中得到采用。这种仪器通常用模拟/数
字混合法计算加权加速度均方根值。
模拟 W f 频率 加权滤波 aw t
记录的模拟信号
a t
均方根值计算
模拟-数字转换
av
ai t
i=1,2,·,N/2 · ·
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第二节 路面不平度的统计特征
q
q(I )
基准平面
O
I
路面纵向断面曲线
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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
路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q，
沿着道路走向长度I的变化q(I) 称为道路纵(断面)曲线
或不平度函数。
0.5 f 80
a w [ w ( f )Ga ( f )df ]
2 0.5
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80
1 2
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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
人体的基本运动习惯： 人体习惯的步行时，身体上下运动的频 率为60-80次/min，即1-1.4Hz，振动的加速度 极限值为0.2-0.3g。
为什么？
货物运动：
车身振动加速度不能大于1g。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 身体的各个部分又有各自的固有频率。例如，头
f
2
1 n 2
时间频率谱密度 Gq(f)
f n
1
Gq (n)
1 2
1
f 2n
f
Δn
速度u不同时，空 空间频率谱密度
Gq(n)
2 q ~ n
间频率与时间频 n 率的关系
第二节 路面不平度的统计特征 上式可化为
u Gq ( f ) Gq (n0 )n 2 f
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ISO 2631 人体对振动反应的“疲劳-工效降低界限” （垂直方向）
分别代表什么？
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 平顺性的评价标准
评价标准 ISO2631-1:1997(E) 《人体承受全身振动评价——第一部分 ：一般要求》 GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》 所考虑的振动
பைடு நூலகம்
2013-12-20
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第六章 汽车的平顺性
汽车使用性能的主要指标——乘坐舒适性
1）振动频率
2）振动加速度 3）振幅
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第六章 汽车的平顺性
概述 汽车在运行过程中，路面不平等原因引起 汽车振动，它影响舒适性和身体健康。 保持振动环境的舒适性，以保持驾驶员在 复杂行驶和操纵条件下，具有良好的心理状态 和准确灵敏的反应。 汽车的平顺性影响“人－汽车”系统的操 纵稳定性以及行驶安全性。
颅骨的固有频率大致为300-400Hz，而腹部内脏的固有
频率约为4-8Hz，脊椎系统大致为8-12.5Hz等。车辆的
随机振动，对人体系统来说就是一种激励。这种随机激 励的频率往往不是一个或几个而是分布在某一频率范围 内，形成一个频带。于是，它总可以使人体的某一部分 发生共振，人就会感到不适。比方说，当车辆随机振动
2 0
还可得到
Gq ( f ) 4 Gq (n0 )n u
2 2 0
Gq ( f ) 16 Gq (n0 )n u f
4 2 0
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第二节 路面不平度的统计特征
位移功率谱密度
速度功率谱密度
加速度功率谱密度
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覆盖了在常用车速下车身质量的振动频率范围12Hz以及车轮质量振动的频率范围10-15Hz 38/135
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权系数
椅面z向：
椅面x,y向和靠背y向 ： 靠背x向 ：
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
3、均方根值
1 2 a a (t )dt T 0
T
a(t)是测试的加速度时间信号。
4、加权均方根值
Gq(n0)—路面不平度系数(m2/m-1)
w—频率指数，一般取为2
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第二节 路面不平度的统计特征
路面不平度 8 级分类
路面等级 Gq(no)×10-6m2／m-1 no＝0.1m-1 下限 几何平均值 上限 8 16 32 32 64 128 128 256 512 512 1024 2048 2048 4096 8192 8192 16384 32768 32768 65536 131072 131072 262144 524288 σq×10-3m 0.011m-1＜n＜2.83m-1 下限 几何平均值 上限 2.69 3.81 5.38 5.38 7.61 10.77 10.77 15.23 21.53 21.53 30.45 43.06 43.06 60.90 86.12 86.13 121.80 172.26 1?2.26 243.61 344.52 344.52 487.22 689.04
记录的模拟信号
模拟-数字转换
a t
ai t
快速傅里叶变换
AK AK (fs )
K=1,2,·,N/2 · · 计算自功率谱
AK AK
i=1,2,·,N/2 · ·
W (f )频率加权
均方根值计算
av
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AWK A
WK
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
根据测量的路面不平度随机数据，在计算机上处
理得到路面不平度功率谱 G
q
(n) 或方差
2 q
。
如何理解？
第二节 路面不平度的统计特征 一、路面不平度的功率谱密度
n Gq ( n ) Gq ( n0 ) n 0
式中 n—空间频率，m-1 n0—0.1 m-1
w
0.011-2.83
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
第二节 路面不平度的统计特性
第三节 单质量系统的振动 第四节 车身与车轮双质量系统的振动 第五节 双轴汽车的振动 第六节 人体——座椅系统的振动
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第一讲
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 第二节 路面不平度的统计特性
第二节 路面不平度的统计特征
左、右轮相关
总加权振级Law
Law 20lg aw / a0
a0—参考加速度均方根值。
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a0 10 m / s
6
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
数据处理系统引进快速傅里叶变换，采用相应的软件， 快速、精确的进行自谱、互谱、传递函数、相干函数和
概率统计等各种数据处理。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 平顺性指标和人的感觉间的关系
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 ～128 126 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
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A B C D E F G H
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第二节 路面不平度的统计特征
功率谱密度 q (n) G
C
A
B
n Gq (n) Gq (n0 ) n 0
W
空间频率n
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纵坐标和横坐标均采用对数单位
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第二节 路面不平度的统计特征
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ISO2631-1规定，舒适性评价时，考虑座椅支承处的3个线振 动和3个角振动，靠背和脚支承处各3个线振动，共12个轴向 振动。健康影响评价时，仅考虑座椅支承处的3个线振动xs、 ys、zs。
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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
座椅支撑面处 3+3 脚支撑面处 3 座椅靠背处 3
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。
a(t) 频率加 权滤波 网络 aw(t)
1 2 aw a w (t )dt T 0
T
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
1 2 aw aw (t )dt T 0
T
a(t ) Ga ( f )
的关系
f=u*n
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)。
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时间频率范围？
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第二节 路面不平度的统计特征 2、路面时间谱密度与空间频率谱密度的关系
1 Gq ( f ) Gq (n ) u
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空间频率和时间频率谱密度的关系
频带在4-8Hz附近时，腹腔将要发生共振，人就难受得
会呕吐；当车辆随机振动的频率提高到300-400Hz时，
脑腔要发生共振，人就会感到头昏难受。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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平顺性主要靠主观感觉判断。
国际标准ISO 2631《人体承受全身振动的评价 指南》，以短时间简谐振动的实验结果为基础。 我国国家标准《汽车平顺性随机输入行驶试验方 法》以及《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1～80Hz振 动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限。
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路面
汽车
人
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第六章 汽车的平顺性
平顺性：保持汽车行驶过程中乘员所处的 振动环境具有一定舒适度的性能， 并保持货物的完好无损。 评价方法：根据乘员舒适程度评价 汽车振动系统及其评价指标
振动
输入
分别代表什么？ 2013-12-20
rms－加速度均方根值
2013-12-20 11/135
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－工效降低界限TFD：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 与保持工作效率有关。 舒适－降低界限TCD：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。它与保持舒适有关。
系统 汽车
输出
评价 指标
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第六章 汽车的平顺性
输入－振动系统－输出－评价指标
输 入：路面不平度、车速。 振动系统：弹性元件、阻尼元件、质量。 输 出：悬挂质量或人体加速度、车轮动载荷。 评价指标：人体对振动的响应、轮胎的接地性。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
n Gq (n) Gq (n0 ) n 0
2
W
Gq (n) (2n0 ) Gq (n0 )
大小在整个频率范围内 不变，即:为一常数，称 为白噪声。
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第二节 路面不平度的统计特征 二、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
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第二节 路面不平度的统计特征
n Gq (n) Gq (n0 ) n 0
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W
位移功率谱
Gq (n) (2n) Gq (n)
速度功率谱
Gq (n) (2n) Gq (n)
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加速度功率谱
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第二节 路面不平度的统计特征
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
1、轴加权系数 对不同方向振动，人体敏感度不一样。该标准用轴加 权系数描述这种敏感度。 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。
速度均方根值为：
aw (1.4axw ) (1.4a yw ) a
2 2
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2 zw
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 三个方向总加权加速度均方根值
1.4a 2 1.4a a 2 aw xw yw zw
2
1/ 2
按照ISO-2631标准进行频率加权的“人体振动测量仪” 在平顺性评价试验中得到采用。这种仪器通常用模拟/数
字混合法计算加权加速度均方根值。
模拟 W f 频率 加权滤波 aw t
记录的模拟信号
a t
均方根值计算
模拟-数字转换
av
ai t
i=1,2,·,N/2 · ·
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第二节 路面不平度的统计特征
q
q(I )
基准平面
O
I
路面纵向断面曲线
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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
路面不平度的功率谱通常把相对基准平面的高度q，
沿着道路走向长度I的变化q(I) 称为道路纵(断面)曲线
或不平度函数。
0.5 f 80
a w [ w ( f )Ga ( f )df ]
2 0.5
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80
1 2
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
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
人体的基本运动习惯： 人体习惯的步行时，身体上下运动的频 率为60-80次/min，即1-1.4Hz，振动的加速度 极限值为0.2-0.3g。
为什么？
货物运动：
车身振动加速度不能大于1g。
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第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价 身体的各个部分又有各自的固有频率。例如，头