汽车振动舒适性评价研究

图 6 ( a)控制后经频率计权的加速度均方根值
图 5 ( b)为采用 ISO 2631 - 1 - 1982与 ISO 2631 1 - 1997 ( E)不同的频率计权方式得到的控制前经频率 计权的加速度值 。可以得到 ,在 5 Hz以后 ,二者的值比 较接近 。
采用遗传神经网络控制算法对系统进行控制 ,图 6 ( a)为控制后经频率计权的加速度均方根值 。可以 得到控制后经频率计权的加速度均方根值为 0. 608 4 m / s2 ,参照加权加速度均方根值与人的主观感受之间 的关系表 ,可以得到控制后人的主观感受为有一些不
图 4 ( b)控制后经频率计权的加速度均方根值
( a)为控制前经频率计权的加速度均方根值 。可以得到 控制前经频率计权的加速度均方根值为 2. 483 9 m / s2 , 参照表 1加权加速度均方根值与人的主观感受之间的关 系表 ,可以得到控制前人的主观感受为很不舒适 。
图 5 ( a)控制前经频率计权的加速度均方根值 图 5 ( b)控制前经频率计权的加速度值均方根比较
强烈的模糊性和随机性 。因此 ,根据普通概率统计和
简单二值逻辑原则给出的满足振动舒适性要求的加速
度限值是无法反映这些不确定性的 。 IS02631 - 1982ν
人体承受全身振动的评价指南 µ 针对不同的使用条件
分别给出了容许振动强度 ,并通过容许振动强度把人
对振动的主观反应划分为“舒适 ”与“不舒适 ”两个部
图 6 ( b)控制后经频率计权的加速度值均方根比较
舒适 。 图 6 ( b)为采用 ISO 2631 - 1 - 1982与 ISO 2631 -
1 - 1997 ( E)不同的频率计权方式得到的控制后经频率 计权的加速度均方根值 。可以得到 ,在 5 Hz以后 ,二者 的值比较接近 。
表 2为采用遗传算法神经网络控制后 ,车身加速 度的 变 化 与 振 动 舒 适 性 的 改 善 。可 以 看 到 , 运 用 ISO2631 1982评价标准 ,控制后加权加速度均方根值 降低 52. 94% ,振动舒适性由极不舒适改善到不舒适 。
4) ISO 法 ISO 法是当今世界上最为流行的评价方法 ,很多国 家的振动舒适度标准与 ISO 评价方法基本上是一致 的 。几种评价方法的比较见图 1 ( a)和图 1 ( b) 。 其中 , ISO 的数据是 1小时振动舒适度降低限 。
图 1 ( a) 不同评价方法 ( z轴 )
1 振动舒适性评价方法
人的主观感受 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
2 基于烦恼率的评价方法
大量的现场实验和室内实验研究表明 ,人体对振
动的感受程度受振动的平稳特性 、频率 、持续时间等多
种因素的影响 ,不同的人对振动刺激的敏感程度不一
样 。这些因素的存在 ,使得人对振动的主观反应具有
人对不同频率范围的振动敏感性不一样 ,国际上
采用经过频率计权的均方根加速度 (振动强度 )作为评
价振动舒适性的依据 。对于频率为 f的振动信号 , 若其
峰值加速度为
amax ,则振动强度为
aw
=
W
f
μ-
i
1
amax , 其
中 ,W fi为垂直振动的总体频率计权函数 ,μ为峰因子 。
对于 连 续 分 布 情 况 , 烦 恼 率 公 式 为 A ( aw i ) =
达式为 v ( u) = a ln ( u) + b, um in Φ u Φ umax ,其中 um in v ( u) = 1, u > umax
代表人体觉得振动“感觉不到 ”的振动强度上限 ; umax 为人体觉得振动“无法忍受 ”的振动强度下限 。
3 振动舒适性评价
在建立车辆系统模型时 ,将车架视为一刚性体 , 发 动机橡胶减振垫 、车轮 、阻尼与弹簧系统取为线性元 件 ,考虑发动机产生的振动对系统的影响 , 参考魏智 、 程耀东的系统模型 [8 ] , 将发动机从车身质量块中独立 出来 ,考虑其相对于车身的垂向自由度 , 形成如图 1所 示的六自由度整车动力学模型 。
汽车的平顺性主要就是指汽车行驶过程中产生的 振动和冲击对于乘员舒适性的影响 ,针对车辆舒适性 的研究 ,就车辆整体而言 ,包括产生周期性激励的发动 机和产生随机激励的道路 。
根据行车舒适性研究的结果 ,引起驾乘人员不舒 适的主要原因是一定频率下的垂直振动加速度 [ 1, 2 ] 。 加速度越大 ,舒适性越差 。人机工程学的研究成果表 明 [ 3 ] ,振动加速度是影响乘客乘坐舒适性的重要因素 之一 。
其中 v3 = z2 + aθ2 - z1f ; v3 = z2 - aθ2 - z1r 将 P3 与 P4 视为激励 , 在原四自由度半车模型的
基础上加入发动机的激励 。 311 按照 IS0 2631 /1 - 1982评价标准 系统模型采用如图 2 所示的六自由度振动模型 。 图 3 ( a)为控制前车身加速度变化曲线 ,图 3 ( b)为控制 前经频率计权的加速度均方根值 。
1) 乘坐舒适性系数法 (RCL法 ) 这个方法建立在 Janeway建议的基准容许临界曲
线的基础上 ,主要应用于车辆及其它交通工具乘坐舒 适性评价 。振动信号与基准曲线相比的倍数就是 RCL 系数 。
2) 吸收功率法 ,该方法采用代表人体振动系统内
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 10402008 ) ,沈阳市科技基金资助 项目 ( 1603287 - 1 - 00)
分 ,但此做法与人主观感觉连续性不一致 ,不能进一步
对结构舒适性的高低做出定量的评价 。为此 ,国内外
对如何量化振动舒适度问题进行了很多研究工
作 [ 4 - 6 ] 。烦恼率方法并非是单纯建立在模糊数学和概
率理论基础上的 ,这个模型的理论基础是心理物理学
的信号检测理论 ,其基本的数学原型集值统计方法本
保证良好的乘坐舒适性是汽车悬架的主要功能之 一 ,对加速度的控制体现了对乘坐舒适性的要求 。
部吸收能量的多少即平均吸收率来评价舒适性 。 3) NASA 单一不舒适性指数法 ,该方法的要点是
把 5个方向的振动加速度和车内噪声的物理测量值按 照统计经验公式转换成同主观评价相关的不舒适性指 数 ,然后把各个不舒适性指数按一定的关系式得出单 一不舒适性指数 ,再根据单一不舒适性指数来评价舒 适性 。
可以得到控制前经频率计权的加速度均方根值为 3. 567 7 m / s2 ,参照表 1,加权加速度均方根值与人的主 观感受之间的关系表 ,可以得到控制前人的主观感受 为极不舒适 。
采用遗传神经网络控制算法对系统进行控制 。图 4 ( a)为控制后车身加速度变化曲线 ,图 4 ( b)为控制后 经频率计权的加速度均方根值 。
评价方法 ;当采用基本评价方法出现低估的结果时 ,可
采用持续加权加速度均方根与四次方振动剂量两种附
加评价方法 。
表 1 加权加速度均方根值与人的主观感受之间的关系
加权加速度均方根值 aw (m / s2 ) < 0. 315 /0. 315～0. 63 1. 5～1. 0 /0. 8～1. 6 1. 25～2. 5 / > 2. 0
可以得到控制后经频率计权的加速度均方根值为 1. 697 0 m / s2 ,参照表 1加权加速度均方根值与人的主
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① IS02631 /1 - 1982评价方法 IS02631推荐的两种评价方法是 1 /3 倍频带分析 对比法和总加速度加权均方根值评价法 。
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振 动 与 冲 击 2008年第 27卷
图 3 ( a)控制前车身加速度变化曲线
图 3 ( b)控制前经频率计权的加速度均方根值
图 4 ( a)控制后车身加速度变化曲线
观感受之间的关系表 ,可以得到控制后人的主观感受 为不舒适 。 312 按照 IS0 2631 /1 - 1997评价标准 控制前车身加速度变化曲线如图 5 ( a)所示 ,图 5
第 9期 唐传茵等 : 汽车振动舒适性评价研究
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② ISO 2631 - 1 - 1997改进的评价方法
ISO 2631 - 1 - 1997《机械振动与冲击 ———人体承
受全身振动的评价 ———第一部分 :通用要求 》提出了改
进的评价方法 :采用“加权加速度均方根值 ”作为基本
身就是一种实验数据处理方法 。
本文采 用 人 对 振 动 主 观 反 应 的 模 糊 随 机 评 价 模
型 ,从心理物理学的角度对这些不确定性进行了分析 ,
研究了相应的模糊隶属度和概率分布形式 ,并得到基
于烦恼率模型的车辆悬架结构在路面随机激励下的振
动舒适性的评价方法 。烦恼率是在一定振动强度下认
为振动“不可接受 ”的人的比例 [ 7 ] 。
关键词 : 振动舒适性 ;评价方法 ;烦恼率 ;遗传算法 ;神经网络 中图分类号 : U461. 1 文献标识码 : A
现今 ,汽车的舒适性和安全性越来越受人们关注 。 并且随着高速公路网的发展 ,汽车车速有了很大程度 的提高 ,现代汽车对悬架的要求除了能保证其基本性 能外 ,还致力于提高汽车的行驶安全性和乘坐舒适性 , 向高附加值 、高性能和高质量的方向发展 。汽车行驶 时 ,路面不平度以及发动机 、传动系和车轮等旋转部件 引起汽车的振动 。广义的舒适性是指车内宽广度 、视 野 、座椅舒适性 、车内安静程度和各部位的振动大小 等 。通常所说的舒适性仅指乘客对振动的适应程度 。
收稿日期 : 2007 - 06 - 01 修改稿收到日期 : 2007 - 09 - 18 第一作者 唐传茵 女 ,博士 ,讲师 , 1979年生
图 1 ( b) 不同评价方法 ( x - y轴 )
ISO 2631 - 1982 提出以振动加速度有效值 、振动 方向 、振动频率和受振持续时间这四个最基本的振动 参数之间的关系来评价全身振动对人体产生的影响 。
图 2 车辆六自由度振动模型随机激励
发动机 激 励 为 [9 ] P ( t) = P0 n2 cos ( 0. 104 7n t) θ; M ( t) =M 0 n2 cos( 0. 104 7n t)
发动机激励的等效作用力 [10 ]为 , P3 = ( a1 v3 - b1 v23 signv3 ) ( 1 + g1 signv3 ) P4 = ( a2 v4 - b2 v24 signv4 ) ( 1 + g2 signv4 )
∞
∫ um in
1 2πσln
u百度文库
exp
-
( ln ( u / aw ) + 0. 5σln 2 ) 2 2σln 2
v ( u) du, 其
中 aw 为经频率计权的振动强度 ;σln = ln (1 +δ2 ) ,
δ为 变异系数 ; v ( u) 为振动强度的模糊隶属度函数 , 表 v ( u) = 0, u < um in
摘 要 : 论述了车辆振动舒适性的评价方法 ,应用 MATLAB / SIMUL INK建立了六自由度半车系统振动模型 ,采用
遗传算法神经网络与神经网络控制神经网络辨识算法对系统进行控制 ,运用 ISO2631标准得到控制后振动舒适性得到较 大改善的结论 。研究了基于烦恼率模型的振动舒适性评价方法 ,得到了车辆系统在受到路面随机激励时的烦恼率模型 , 进一步对振动引起的不满人数进行定量评估 。
第 27卷第 9期
振 动 与 冲 击 JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK
Vol. 27 No. 9 2008
汽车振动舒适性评价研究
唐传茵 1 , 张天侠 1 , 李 华 2 , 周 炜 3
(1. 东北大学 机械工程与自动化学院 ,沈阳 110004; 2,沈阳农业大学 工程学院 ,沈阳 110161; 3. 交通部公路科学研究院 汽车运输技术研究中心科研中心 ,北京 100088)