第六章 汽车平顺性性能试验

ISO 2631用加速度均方根值(rms)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。
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：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
由表6-1上各轴向的轴加权系数可以看出: （1） 椅面输入点xs、ys、zs三个线振动的轴加权系数 k=1，是12个轴向中人体最敏感的，其余各轴向的轴加权 系数均小于0.8。 （2）另外IS02631—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。 （3）标准还规定靠背水平轴向xb、yb可以由椅面xs、 ys水平轴向代替，此时轴加权系数取k=1.4。 （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方法》时，评价汽车平顺 性就考虑椅面xs、ys、zs这三个轴向。
80 2 a w 0.5 a
1 2
其中:
W f ： 频率加权系数
五、平顺性的评价方法
Z轴方向 0.5 f W f 1 8 f
1 2
0.9 f 4 4 f 8 8 f
X轴方向
1 Wf 2 f
0.9 f 2 2 f

3.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。
三、人体对振动的反应
把人看成一个多自由 度系统.有其固有频率如:

腹系统: 眼球:

3-6Hz 60~90Hz
头-颈-肩:20-30Hz
生理反应:肠胃,呼吸,
神经,循环系统等

心理反应
三、人体对振动的反应
ISO2631－1：1997(E)简介
此标准仍认为人体对不同频率振动的敏感 程度不同，在图6-3上给出了各轴向0.5-80Hz的 频率加权函数(渐进线)，又考虑不同输入点、不 同轴向的振动对人体影响的差异，还给出了各轴 向振动的轴加权系数k。表6-1给出了三个输入点 12个轴向，分别选用哪一个频率加权函数和相应 轴加权系数k，并列出了一辆European小轿车在 城市公路上行驶时，实测的各轴向加权加速度均 方根值aw，然后算出总的加权加速度均方根值av。
二、汽车平顺性主要内容

人体对振动的反应和平顺性的评价
振动“输入”— 路面不平度的统计特性 汽车振动系统的简化，系统频响特性和系统参 数对“输出”影响的分析



汽车平顺性的测试
三、人体对振动的反应
平顺性主要靠主观感觉判断。 国际标准ISO2631，以短时间简谐振动的实验结果为基础。 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。 国际标准ISO2631：“人体承受全身振动评价指南” 1974年制定, 1985年开始进行全面修订, 1997年公布了ISO2631-1:1997（E）
ISO2631－1：1997(E)简介
ISO2631－1：1997(E)简介
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 支承面处输入点3个方向的线振动，还考虑 该点3个方向的角振动，以及座椅靠背和脚 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。
ISO2631－1：1997(E)简介
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频率范围的振动对人 的脊椎系统影响很大。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 d 此频率范围产生共振，故应对水平振动给予充分重视。

五、平顺性的评价方法
pwi W ( f ci ) pi W ( f ci )[
1.12 f ci
0.89 f ci

G p ( f )df ]
1 2
0.5 f 12 ci Z轴方向 W f ci 1 8 f ci
0.9 f ci 4 4 f ci 8 8 f ci
第6章 汽车平顺性能试验
6.1 汽车平顺性基本概念
6.2
汽车平顺性试验
6.3 悬架系统的固有频率和阻尼比的测定
6.1 汽车平顺性基本概念

汽车行驶舒适性、平顺性 ( Ride Comfort, Ride Quality, Ride Evaluate)

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
这 3 个轴向时
2 2 zw

同时考虑
xs , ys , zs
av ( 1.4axw ) ( 1.4a yw ) a
2


1 2
五、平顺性的评价方法
-基本评价方法 (加权加速度均方根值)

加权振动级 Law
aw w
加权加速度均方根值
0 0
aw
6 2
L 20 lg( a / a ）
五、平顺性的评价方法
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。

人体对各频带振动的敏感程度不同，所以1/3倍频加速度 均方根值分量 的大小不能反映人体感觉振动强度的大小, 所以需要给加权系数。 方法：采用人体对不同频率振动敏感程度的频率加权函数， 将人体最敏感以外各1/3倍频带加速度均方根值分量 进行 频率加权，即按人体感觉的振动强度相等的原则折算为最敏 感频率范围，即加权加速度均方根值分量 。其大小可以 反映人体对振动强度的感觉。
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、身体健康和货物 的完整性以及零部件的性能和寿命---控制汽车振动 系统的动态特性！

汽车振动的发生源主要有以下几个方面
路面凹凸不平的变化、不平衡或不均匀（非均匀性）轮胎的
旋转、不平衡传动轴的旋转以及发动机爆发时扭矩变化等。
一、汽车振动系统
“路面---汽车---人”系统 振动系统 输入 输出 评价
输入：
•路面不平度 •车速
•发动机、 传动系和车轮 等旋转部件 非平衡干扰
振动系统：
弹性元件 阻尼元件 车身质量 车轮质量

输出：
•车身/传至人体 的加速度 •悬架弹簧动挠 度 •车轮与路面间 动载
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
X轴方向
1 W f ci 2 f ci
0.9 f ci 2 2 f ci
1 / 3倍频带分别评价法的评价指标为( pwi ) max 并与最敏感频带允许的界限值加以比较
五、平顺性的评价方法
按疲劳－工效降低界限划分的均方根加速度值极限值
加速度均方根值,米/秒 2 倍频带的几 倍频带的极 加速度作 何中心频率 限频率 用方向 暴露时间，小时 (赫兹) (赫兹) 1 2.5 4 8 1.0 0.7～1.4 垂 直 3.17 1.88 1.42 0.84 水 平 1.2 0.71 0.5 0.32 2.0 1.4～2.8 垂 直 2.93 1.75 1.32 0.73 水 平 1.6 0.95 0.67 0.42 4.0 2.8～5.6 垂 直 2.13 1.28 0.9S 0.57 水 平 3.02 1.79 1.27 0.8 8.0 5.6～11.2 垂 直 2.24 1.35 1.9 0.6 水 平 6.02 3.58 2.54 1.6 16 11.2～22.4 垂 直 4.26 2.54 1.89 1.13 水 平 12.05 7.14 5.04 3.2

汽车振动的传递路径

由路面、轮胎产生的振动，首先传递到悬架系统，并受 悬架自身振动特性的影响而产生变化后，再传递到车身， 进而通过车身的地板和座椅分别传给乘客的脚部、臀部、
背部、手臂和头部，由车身传给转向系的振动以方向盘
抖动的形式传到驾驶员的手部。由发动机、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，经明显的衰减后再传给车身。
Mechanical vibration and shock –Evaluation of human exposure to whole-body vibration –Part 1: General requirements


我国对相应标准进行修订，公布了“GB/T4970-1996 汽车平顺性随机输入行驶试验方法 ”
汽车前、后悬架静挠度的匹配对行驶平顺性也有很大影响 ，若前、后悬架的静挠度(振动频率)都比较接近，共振的机会 减少。为了减少车身纵向角振动，通常后悬架的静挠度要比前 悬架的小些。 为了防止汽车在不平路面上行驶时冲击缓冲块，悬架应有 足够的动挠度(指悬架平衡位置到悬架与车架相碰时的变形)。 减少悬架刚度，即增大静挠度，可提高汽车行驶平顺性。 但刚度降低会增加非悬挂质量的高频振动位移。而大幅度的车 轮振动有时会使车轮离开地面，前轮定位角也将发生显著变化 ，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头”现象。转弯时因悬 架侧倾刚度的降低，会使车身产生较大的侧倾角。
三、人体对振动的反应

1.人体对振动的响应

人体对振动的响应取决于：①频率与强度； ②作用方向；
③暴露时间。

2.频率8Hz以下水平方向允许的加速度值低于垂直方向4～8Hz 允许的加速度；水平方向1～2Hz比垂直方向4～8Hz加速度允 许值低1.4倍。对于汽车的振动环境， 8Hz以下振动频率占比
重相当大。
IS02631—1：1997(E)标准规定，当振动 波形峰值系数<9(峰值系数是加权加速度时 间历程aw(t)的峰值与加权加速度均方根值aw 的比值)时，用基本的评价方法——加权加速 度均方根值来评价振动对人体舒适和健康的 影响。根据测量，各种汽车包括越野汽车， 在正常行驶工况下对这一方法均适用。

振动频率

人体对振动最敏感的频率范围：

垂直振动：4~12.5Hz
4~8Hz
8~12.5Hz

人的内脏器官产生共振
人的脊椎系统影响大
水平振动：0.5~2Hz
3Hz以下水平振动比垂直振动更敏感且汽车车身
部分系统在此范围内产生共振
四、人体对振动的评价指标
ISO2631：“人体承受全身振动评价指南”

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。
ISO2631：“人体承受全身振动评价指南”
五、平顺性的评价方法
ISO2631-1:1997(E) 规定加 权评价方法：

1/3倍频分别评价法：
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。
f frequency u upper l lower c centre
0.315～0.63
1.5～1.0
110 ～ 116 114 ～ 120 118 ～ 124 122 ～ 128 126
0.8～1.6
1.25～2.5 2. 0
不舒适
很不舒适 极不舒适
六、影响平顺性的因素
悬挂结构主要指弹性元件、导向装置与减振装置，其中弹 性元件与悬架系统中阻尼影响较大。
1) 弹性元件

a 10 ms
同时考虑三个轴向振动时总加权加速度均方根值的 计算：
2 aw 1.4axw 1.4a yw azw 2 2


1 2

Law
,
aw 与人的主观感觉关系如下表:
五、平顺性的评价方法
表 6-2 L aw和 a w与人的主观感觉之间的关系 加权加速度均方根值 a w / m/s 2 0.315 加权振级 Law / 110 dB 没有不舒适 稍有不舒适 一些不舒适 人的主观感觉
五、平顺性的评价方法

ISO2631-1:1997(E) 规定总加权评价方法：

基本评价方பைடு நூலகம் (加权加速度均方根值)

时域法
1 a( t ), w( f ) a ( t ) a a ( t )dt T
T 2 w w 0 w 1 2

频域法
a( t ) G ( f ) a W ( f )G ( f )df