1、任务五 汽车行驶平顺性评价指标及检测第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价第二节第二节 汽车振动系统的简化，单质量系汽车振动系统的简化，单质量系 统的振动统的振动 第三节第三节 影响汽车行驶平顺性的因素影响汽车行驶平顺性的因素学习目标学习目标v掌握掌握汽车行驶平顺性的评价指标和人体对振动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；反应的感觉界限；v掌握掌握汽车振动系统的简化方法，并能正确分析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；车身振动的单质量系统模型；v了解汽车平顺性的影响因素。了解汽车平顺性的影响因素。输入输入u路面不路面
2、不 平度平度u车速车速振动系统振动系统l弹性元件弹性元件l阻尼元件阻尼元件l车身、车车身、车 轮质量轮质量评价指标评价指标加权加速度加权加速度 均方根值均方根值撞击悬架限位撞击悬架限位 概率概率行驶安全性行驶安全性汽车平顺性可由路面汽车平顺性可由路面-汽车汽车-人系统框架图来分析人系统框架图来分析输出输出l车身传至人体车身传至人体 的加速度的加速度l悬架弹簧动挠度悬架弹簧动挠度l车轮与路面之间车轮与路面之间 的动载的动载路面路面汽车汽车人行驶平顺性的定义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范围内行驶时
3、，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。，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。来评价，所以又称为乘坐舒适性。良好行驶平顺性的意义良好行驶平顺性的意义v汽车是一个复杂的多质量振动系统，其车身通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、驾驶室弹性轮胎与道路接触，其他如发动机、驾驶室等，
4、也是以橡皮垫固定于车架上。等，也是以橡皮垫固定于车架上。v由于道路不平而引起的冲击和加速、减速时的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，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。均会产生不利的影响。良好行驶平顺性的意义良好行驶平顺性的意义v振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至振动产生的动载荷，加速了零件的磨损，乃至引起损坏，降低了汽车的使用寿命。引起损坏，降低了汽车的使用寿
5、命。v振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。振动还引起能量的消耗，使燃料经济性变差。v因此，减少汽车本身的振动，不仅关系到乘坐因此，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、使用寿命和工作可运输生产率、燃料经济性、使用寿命和工作可靠性等方面。靠性等方面。第一节第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价人体对振动的反应和平顺性的评价v一一、汽车行驶平顺性的评价指标汽车行驶平顺性的评价指标v常用汽车常用汽车车身振动的固有频率车身振动的固有频率和和振动加速度均方根值振动加速度均方根值，评价汽车的行驶平顺性。
6、评价汽车的行驶平顺性。v为保持汽车具有良好的行驶平顺性，车身振动的固有频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，率应为人体所习惯的步行时，身体上、下运动的频率，它约为它约为6080次次min(11.6Hz),振动加速度的极限值振动加速度的极限值为为0.2g0.3g。v为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过为了保证运输货物的完整性，车身振动加速度也不宜过大。达到大。达到1g车身加速度，可能使没有固定的货物离开车身加速度，可能使没有固定的货物离开车厢底板。车厢底板。v所以，车身振动加速度的极限值应低于所以，车身振动加速度的极限值应低
7、于0.6g0.7g。二、人体对振动的反应二、人体对振动的反应vISO在综合大量有关人体全身振动的研究工作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人体承受全身振动的评价指南。v该标准用加速度的均方根值给出了在该标准用加速度的均方根值给出了在180Hz振动频率范围内人体对振动反应的三个不同振动频率范围内人体对振动反应的三个不同的感觉界限。它们分别是的感觉界限。它们分别是暴露极限、疲劳降暴露极限、疲劳降低工作效率界限低工作效率界限和和舒适降低界限舒适降低界限。暴露暴露极限极限：当人体承受的振动强度在此当人
8、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。为人体可承受振动量的上限。疲劳疲劳-工效降低界限：工效降低界限：当人承受的振动当人承受的振动强度在此界限内时，能准确灵敏地反应，强度在此界限内时，能准确灵敏地反应，正常地进行驾驶。正常地进行驾驶。它它与保持人的工作效与保持人的工作效能有关。能有关。舒适降低界限：舒适降低界限：在此界限之内，人体对在此界限之内，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。利地完成吃、读、写等动作。它它与保持与保持人的舒适有关。人的舒适有关。垂直方
9、向cfcf2/m sctct等时间曲线水平方向加速度均方根值2/m s加速度均方根值三个界限的关系三个界限的关系v这三个界限只是容许的振动加速度值不同。这三个界限只是容许的振动加速度值不同。v暴露极限的值为暴露极限的值为疲劳疲劳-工效降低界限工效降低界限的的2倍，倍，舒适降低界限为舒适降低界限为疲劳疲劳-工效降低界限工效降低界限的的13.15。各界限容许加速度值，随频率的变化。各界限容许加速度值，随频率的变化趋势完全一样。趋势完全一样。人体最敏感的频率范围人体最敏感的频率范围 v垂直方向：垂直方向：412.5HZ 48HZ：人体内脏器官产生共振812.5HZ：影响人的脊椎系统v水平方向：水平方
10、向：0.52HZ一、一、7 自由度模型自由度模型4 4车轮，车轮，Ix Iy ZIx Iy Zxzy第二节第二节 汽车震动系统的简化汽车震动系统的简化222222222222222222222212031yffrcyrfryyycyyfrmcmmmmmmaLmmm am bbLIIcmmabImm am b）总质量不变，）质心位置不变）转动惯量 不变，当汽车对称于其纵轴线，且左、右车辙的不平度函数 此时汽车车身只有垂直振动Z Z和俯仰振动IyIy。)()(IyIxz2cm2 fm2rm1fm1rmabL两个车轮、Z、2,ymcac bcIc两自由度：车轮，车身垂直速度Z222210 ycfra
11、bmmm悬挂质量分配系数：联系质量和的振动是独立的两自由度模型1rm2rm2 fm1fm二、双质量振动系统模型二、双质量振动系统模型(:10515ttZffHfHz车轮固有频率,)轮胎的变形十分小单质量振动系统mKczqx三、单质量振动系统模型三、单质量振动系统模型二阶常系数方程二阶常系数方程单质量系统的自由振动单质量系统的自由振动smKcqz()()0()()0sssm zC zqK zqCKzzqzqmm0002002,:1 222ssssCKnmmnKmCKfm令:系统固有圆频率：阻尼比，02202:0.25,sin2(0)ntzAenztnzz 微分方程的齐次方程属于小阻尼220:rr
12、ntne有阻尼固有频率,振幅按衰减ntAeztntAe衰减振动曲线1A2AA222000001100.253rrrrrn大阻尼时系统不振动12112211()22222202ln ()11 (?)12224/ln11ntnTn tTrnAdAAAedeeTnAAeddndd:减幅系数试验方法测阻尼试验方法测阻尼比比 第三节第三节 影响汽车行驶平顺性的因素影响汽车行驶平顺性的因素v一、悬架结构一、悬架结构：悬架结构主要指弹性元件、导向装：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。平顺性影响较大。v弹性元件
13、：将汽车车身看成一个在弹性悬架上作单弹性元件：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过低，在紧急制动时会产生严重的汽车“点头点头”现现象。因此可采用具有非线性特性的变刚度悬架，即象。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，从而获得良好时，保持车身振动的固有频率不变，从而获得
14、良好的平顺性。的平顺性。悬挂的非线性弹性特性的实现方法悬挂的非线性弹性特性的实现方法v在线性悬架中，加入辅助弹簧、复合弹簧在线性悬架中，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，采用适当的导向机构，以及与车架的支承方式等。承方式等。v选用具有非线性特性的弹性元件，如空气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弹簧、油气弹簧、橡胶弹簧和硅油弹簧等。v二、阻尼系统的阻尼二、阻尼系统的阻尼：为衰减车身自由振动和：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
15、动加速度和车轮的振幅，悬架系统中应具有适当的阻尼。当的阻尼。v减振器的阻尼效果好，可提高汽车行驶平顺性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，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。在不平道路上的行驶速度有很大的作用。v三、轮胎三、轮胎：轮胎由于本身的弹性，在很大程：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，因此度上吸收了因路面不平所产生的振
16、动，因此它和悬架系统共同保证了汽车的平顺性。它和悬架系统共同保证了汽车的平顺性。v轮胎性能的好坏，是用轮胎在标准气压和载轮胎性能的好坏，是用轮胎在标准气压和载荷下，压缩系数的大小荷下，压缩系数的大小(轮胎被压下的高度与轮胎被压下的高度与充气断面高度的百分比充气断面高度的百分比)来表示的。在最大允来表示的。在最大允许负荷作用下，普通轮胎的压缩系数为许负荷作用下，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，为了乘坐舒适，客车轮胎的压缩系数稍大些，为数稍大些，为12%14%。提高轮胎缓冲性能的方法提高轮胎缓冲性能的方法v增大轮胎断面、轮辋宽度和空气容量，并增大轮胎断面、轮辋宽度
17、和空气容量，并相应降低轮胎气压。相应降低轮胎气压。v改变轮胎结构型式，如采用子午线轮胎。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，使汽车平冲击，并吸收大部分冲击能量，使汽车平顺性得到改善。顺性得到改善。v提高帘线和橡胶的弹性，要用较柔软的胎提高帘线和橡胶的弹性，要用较柔软的胎冠。冠。p四、悬挂质量：四、悬挂质量：如前所述，悬挂质量分配如前所述，悬挂质量分配系数为系数为，是评价汽车平顺性极其重要的参数。是评价汽车平顺性极其重要的参数。p它取决于悬挂质量的分布情况。悬挂质量它取决于悬挂质量的分布情况。悬挂
18、质量的布置应使的布置应使 1。当。当 1时，前、后悬挂时，前、后悬挂质量的振动彼此互不影响。质量的振动彼此互不影响。aby2v五、非悬挂质量：五、非悬挂质量：减少非悬挂质量，可以减少传给减少非悬挂质量，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。顺性，采用非悬挂质量较小的独立悬挂更为有利。v非悬挂质量对行驶平顺性的影响，常用非悬挂质量与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悬挂质量之比 进行评价。比质量越小，则行驶平顺性进行评价。比质量越小，则行驶平顺性越好。越好。v总之，影响行驶平顺性的结构参数是很多，并且彼此总之，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。便正确地选择参数，提高汽车行驶的平顺性。
