第六章汽車平順性Rideperformance第六章汽車的平順性1.汽車行駛平順性

指汽車不因車體振動(dòng)而使乘客感到不適或貨物不因振動(dòng)而受損的性能。

2.汽車行駛平順性的研究對象：“路面一汽車一人（貨物）”構(gòu)成的系統(tǒng)。路面特性是系統(tǒng)的輸入，人（貨物）對汽車振動(dòng)的反應(yīng)是系統(tǒng)的輸出。3.研究平順性的主要目的就是控制汽車振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使振動(dòng)的“輸出”在給定工況的“輸入”下不超過一定界限，以保持乘員的舒適性。4.汽車的平順性的研究主要是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價(jià)，對于載貨汽車還包括保持貨物完好的性能，它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一。第一節(jié)人體對振動(dòng)的反應(yīng)和平順性的評價(jià)一、人體對振動(dòng)的反應(yīng)1.人體坐姿受振模型

ISO2631-1：1997（E）標(biāo)準(zhǔn)能與主觀感覺更好地符合。在平順性評價(jià)時(shí)它考慮座椅支承面處輸入點(diǎn)3個(gè)方向的線振動(dòng)和該點(diǎn)三個(gè)方向的角振動(dòng)以及座椅靠背和腳支承面兩個(gè)輸入點(diǎn)各3個(gè)方向的線振動(dòng)，共3個(gè)輸入點(diǎn)12個(gè)軸向的振動(dòng)。

椅面輸入點(diǎn)三個(gè)線振動(dòng)xs、ys、zs是12個(gè)軸向中人體最敏感的。ISO2631-1：1997（E）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)評價(jià)振動(dòng)對人體健康的影響時(shí)，就考慮這三個(gè)軸向，兩個(gè)水平軸向比垂直軸向更敏感。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定靠背水平軸向xb，yb可以由椅面xs、ys水平軸向代替，此時(shí)軸加權(quán)系數(shù)取k＝1.4.我國在修訂的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)CB／T4970－1996《汽車平順性隨機(jī)輸入行駛試驗(yàn)方法》時(shí)，評價(jià)機(jī)車平順性就考慮椅面xs、ys、zs這三個(gè)軸向。2.振動(dòng)的傳遞途徑（1）振動(dòng)的激勵(lì)源

振動(dòng)的發(fā)生源主要有凹凸不平的路面，不平衡輪胎的旋轉(zhuǎn)，不平衡傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩變化等。這些因素引起的振動(dòng)大多與車速相關(guān)，尤其是凹凸不平路面引起的振動(dòng)，隨著車速的變化，振動(dòng)的頻率和強(qiáng)弱會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。（2）振動(dòng)的傳遞途徑

因路面、輪胎產(chǎn)生的振動(dòng)，先傳到懸架，受懸架自身的振動(dòng)特性影響后再傳給車身，通過車身傳到乘客的腳部。同時(shí)通過座椅傳給乘客的臀部和背部，還通過轉(zhuǎn)向系，以轉(zhuǎn)向盤抖動(dòng)的形式傳到駕駛員手部。因發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系產(chǎn)生的振動(dòng)，通過支承發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器和傳動(dòng)軸的緩沖橡膠塊，經(jīng)衰減后傳給車身，再經(jīng)上述途徑傳至人體各個(gè)部位。任何一個(gè)“振動(dòng)系統(tǒng)”均有一個(gè)“固有頻率”。當(dāng)外界激振信號(hào)的頻率接近或等于“固有頻率”時(shí)，將出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。

3.人體對振動(dòng)的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的生理學(xué)和心理學(xué)過程。有四個(gè)基本物理因素決定人體的振動(dòng)反應(yīng)。

l）振動(dòng)方向

不同方向的振動(dòng)，人體所能忍受的振動(dòng)強(qiáng)度不同。

2）振動(dòng)頻率

人體對同一方向各種頻率的振動(dòng)反應(yīng)，存在著某一最敏感的頻率范圍。在該頻帶內(nèi)，人體極易疲乏，不舒適甚至危及健康。這時(shí)，人體忍受振動(dòng)的能力最低。振動(dòng)方向不同，人體的敏感頻帶也不同。

3）振動(dòng)強(qiáng)度

振動(dòng)對人體作用的強(qiáng)弱程度可以用振動(dòng)參量——振幅、速度及加速度來表示。多數(shù)采用汽車傳給人體的加速度值作為衡量振動(dòng)對人體作用強(qiáng)弱的參數(shù)。

4）承受時(shí)間（又稱暴露時(shí)間）

人體對振動(dòng)的感覺與人體承受振動(dòng)的時(shí)間長短有關(guān)。處在持續(xù)振動(dòng)環(huán)境的時(shí)間越長，人體的忍受能力越低。處在斷續(xù)振動(dòng)的人體，生理上能夠得到某種程度的恢復(fù)，緩和了振動(dòng)對人體的影響，忍受能力有所增強(qiáng)。

4.機(jī)械振動(dòng)對人體的影響，取決于振動(dòng)的頻率、強(qiáng)度、作用方向和持續(xù)時(shí)間，而且每個(gè)人的心理與身體素質(zhì)不同，對振動(dòng)的敏感程度有很大差異。

人體對振動(dòng)最敏感的頻率在垂直方向，是4～8Hz，因此降低懸掛質(zhì)量（車身）的固有振動(dòng)頻率到4Hz以下時(shí)，低于人體的敏感頻率，可提高汽車的舒適性。另一方面，人體所能承受的振動(dòng)加速度也有一定的限度（一般為0.2～0.3g），若能降低懸掛質(zhì)量（車身）的振動(dòng)加速度，或使懸掛質(zhì)量（車身）和非懸掛質(zhì)量（車輪、車軸等）之間不發(fā)生共振，同樣提高了汽車的舒適性。載貨汽車車廂的振動(dòng)加速度也應(yīng)低于一定的極限值（一般為0.6～0.7g），以保證運(yùn)輸貨物的完整性。

二、平順性的評價(jià)方法

（1）峰值系數(shù)

是加權(quán)加速度時(shí)間歷程的峰值與加權(quán)加速度均方根值的比值。

（2）平順性的評價(jià)方法有兩種：1）基本評價(jià)方法

用加權(quán)加速度均方根值來評價(jià)振動(dòng)對人體舒適和健康的影響。當(dāng)振動(dòng)波形峰值系數(shù)＜9時(shí)采用。2）輔助評價(jià)方法

用均4次方根值的方法來評價(jià)振動(dòng)對人體舒適和健康的影響。當(dāng)振動(dòng)波形峰值系數(shù)＞9時(shí)采用。

輔助評價(jià)方法能更好地估計(jì)偶爾遇到過大的脈沖引起的高峰值系數(shù)振動(dòng)對人體的影響。三、路面不平度的統(tǒng)計(jì)特性

1.路面不平度由三部分組成：1）超低頻成分

整段路面上存在著的波長遠(yuǎn)大于軸距的起伏波形。2）中低頻成分

整段路面上存在著的、宏觀上可察覺的、波長及幅值較大的路面凹凸不平。這是引起汽車振動(dòng)的主要頻率成分，稱為主頻帶。3）高頻成分

不易察覺的、波長很短、幅值很小的路面不平度部分。

2.路面不平度函數(shù)路面相對基準(zhǔn)面的高度與沿道路走向長度的變化關(guān)系函數(shù)。3.作為車輛振動(dòng)輸入的路面不平度，主要采用路面功率譜密度描述其統(tǒng)計(jì)特性。4.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和我國國標(biāo)根據(jù)路面的功率普密度將路面不平程度分為8級。

四、汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡化

1.如果把懸架支撐的質(zhì)量看成一個(gè)剛性整體，并建立固結(jié)于地面的坐標(biāo)系統(tǒng)，車身振動(dòng)的形式有：①垂直振動(dòng)

沿與地面垂直的z軸方向的線振動(dòng)。②縱向振動(dòng)

沿與汽車縱軸一致的x軸方向的線振動(dòng)。③橫向振動(dòng)

沿與汽車橫軸一致的y軸方向的線振動(dòng)。④縱向角振動(dòng)

繞y軸的角振動(dòng)，又稱仰俯振動(dòng)。⑤橫向角振動(dòng)

繞x軸的角振動(dòng)，又稱側(cè)傾振動(dòng)。⑥偏轉(zhuǎn)角振動(dòng)

繞z軸的角振動(dòng)。

這六種振動(dòng)中，對人體影響最大的有三種：垂直振動(dòng)、橫向角振動(dòng)和縱向角振動(dòng)。橫向角振動(dòng)不僅影響汽車的平順性，而且影響汽車的操縱性和穩(wěn)定性。

2.汽車振動(dòng)系統(tǒng)的簡化模型

依據(jù)簡化條件的不同可把四輪汽車簡化為：立體振動(dòng)模型、平面振動(dòng)模型和單質(zhì)量系統(tǒng)模型。

車身單質(zhì)量系統(tǒng)模型：它由車身質(zhì)量m2和彈簧剛度為K、減振器阻力系數(shù)為C的懸架組成。q是輸入的路面不平度函數(shù)。第二節(jié)影響駛平順性的因素1.汽車結(jié)構(gòu)因素對行駛平順性的影響從減輕汽車振動(dòng)方面考慮，影響行駛平順性的汽車結(jié)構(gòu)因素主要有以下幾點(diǎn)。