第六章 汽车的平顺性第六章 汽车的平顺性

振动输入——路面不平度的统计特性

重点研究路面不平引起的汽车振动问题

具体研究以下内容：

人体对振动的反应和平顺性的评价

汽车振动系统的简化

汽车系统参数对振动响应参数的影响汽车振动系统的频响特性

汽车平顺性的测试0.5-25Hz0.5-25Hz

2

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，影响货物的完整性以及零部件的性能和寿命

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定舒适程度和保持货物完好的性能

平顺性研究的目的：有效控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定的工况的“输入”下不超过一定界限，以保证乘员的舒适性

3

评价指标加权加速度均方根值撞击悬架限位的概率

行驶安全性

输入路面不平度

车速发动机、传动系和车轮等旋

转部件的非平衡干扰

输出车身传至人体的加速度

悬架弹簧的动挠度车轮与路面间的动载荷

将围绕人体对振动的反应和平顺性的评价指标、路面不平度的统计特性（振动系统的输入）、振动系统的动力学分析、振动系统的输出特性等内容而展开

本章将不考虑

振动系统弹性元件阻尼元件

车身、车轮质量

4

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

5

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

人体对振动的反应人体坐姿受振模型平顺性的评价方法

6

一、人体对振动的反应

人体对振动的反应

垂直方向 4 ～ 12.5Hz

水平方向 0.5 ～ 2Hz

人体最敏感传至人体的振动加速度

人体对水平方向的振动比垂直方向更敏感

心理

生理

思考：公交车和长途客车在设计时对平顺性的要求有何不同？

客观因素

主观因素第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

持续时间强度 作用方向频率

7

1974 年国际标准化组织制定了国际标准 ISO2631 ：《人体承受全身振动评价指南》

1997 年公布了 ISO2631-1 ：《人体承受全身振动评价—第一部分：一般要求》

我国对国际标准进行修订，公布了 GB/T4970-1996 《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》

与平顺性评价方法相关的国际、国内标准

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

8

人体坐姿受振模型

共 3 个输入点、 12 个方向的振动

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

9

位置 坐标轴名称 频率加权函数 轴加权系数 k

座椅支承面

wd 1.00

wd 1.00

wk 1.00

we 0.63

we 0.40

we 0.20

靠背0.80

wd 0.50

wd 0.40

脚wk 0.25

wk 0.25

wk 0.40

频率加权函数和轴加权系数第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

sx

bx

fx

sy

fyfz

bybz

sz

xr

yr

zr

cw

10

椅面传给人体的 3 个线振动最敏感

思考：由轴加权系数的不同取值可否确定人体对哪个点输入的振动最敏感？

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

s s sx y z、 、

11

只考虑 这三个轴向振动，且 两个水平轴向的轴加权系数取 k=1.4

靠背水平轴向 可以由椅面水平轴向 代替，此时轴加权系数取 k=1.4

评价汽车平顺性时就考虑椅面 三个轴向振动

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

s s sx y z、 、

sx、 sy s sx y、b bx y、

s s sx y z、 、

ISO2631-1 ： 1997 （ E ）标准还规定当评价振动对健康的影响时

12

人体对不同频率的振动敏感程度不同

zs 最敏感的频率范围 : 4-12.5Hz

在 4-8Hz 频率范围，人的内脏器官产生共振8-12.5Hz 频率范围，对人的脊椎系统影响很大

xs, ys 最敏感的频率范围是 0.5-2Hz

在 3Hz 以下，人体对水平振动比对垂直振动更敏感，且汽车车身部分系统在此频率范围内产生共振，故应对水平振动给予充分重视。

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

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各轴向的频率加权函数（渐近线）

k

0.5 0.5Hz 2Hz

/ 4 2Hz 4Hz

1 4Hz 12.5Hz

12.5 / 12.5Hz 80Hz

f

f fw f

f

f f

d

1 (0.5Hz 2Hz)

2 / 2Hz 80Hz

fw f

f f

c

1 (0.5Hz 8Hz)

8 / 8Hz 80Hz

fw f

f f

e

1 (0.5Hz 1Hz)

1/ 1Hz 80Hz

fw f

f f

频率加权函数

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

0.5-80Hz

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二、平顺性的评价方法

1. 基本评价法

（ 1 ）计算各轴向加权加速度均方根值 aw

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

15

（ 1 ）计算各轴向加权加速度均方根值 aw

滤波网络法将测得的 通过相应的频率加权函数 的滤波网络，得到加权加速度时间历程

T

ttaT

a0

2ww d)(

1

频谱分析法对 进行频谱分析，得到功率谱密度函数

80

5.0 a2

w d)()( ffGfWa

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

wa t

a t

w f

a t

aG f

16

（ 2 ）三个方向总加权加速度均方根值

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

椅面

222v )4.1()4.1( xwywxw aaaa

思考：为什么乘系数 1.4 ？思考：为什么乘系数 1.4 ？

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（ 3 ）总加权振级 Law

dB/20lg 0waw aaL

a0— 参考加速度均方根值 6 20 10 m / sa

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

5.0wa 11410

5.0lg20

6 waL

1wa 12010

1lg20

6 waL

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（ 4 ）评价方法

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 加权振级 Law 人的主观感觉<0.315 110 没有不舒适

0.315 ～ 0.63 110 ～ 116 有一些不舒适0.5 ～ 1.0 114 ～ 120 相当不舒适0.8 ～ 1.6 118 ～ 124 不舒适

1.25 ～ 2.5 112 ～ 128 很不舒适>2.0 126 极不舒适

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

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位置 坐标轴名称

频率加权函数

轴加权系数 k

加权加速度均方根值 aw

峰值系数

座椅支承

面

wd 1.00 0.080 5.0

wd 1.00 0.114 4.7

wk 1.00 0.407 5.5

we 0.63 0.106 4.9

we 0.40 0.085 5.0

we 0.20 0.011 4.5

频率加权函数和轴加权系数 Euro

pean 轿车上振动测量结果

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

sx

sy

sz

xr

zr

yr

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位置 坐标轴名称

频率加权函数

轴加权系数 k

加权加速度均方根值

峰值系数

靠背0.80 0.212 4.3

wd 0.50 0.087 4.4

wd 0.40 0.140 4.9

wk 0.25 0.090 5.4

脚 wk 0.25 0.093 5.1

wk 0.40 0.319 6.2

总加权加速度均方根 0.628 1

2 2v vja a

频率加权函数和轴加权系数 Euro

pean 轿车上振动测量结果

bx

by

bz

fx

fy

fz

cw

21

2. 辅助评价法

当峰值系数 > 9 时， ISO 2631-1 ： 1997 (E) 标准规定用加权加速度 4 次方根值评价。它能更好地估计偶尔遇到过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体的影响。此时采用辅助评价方法 —— 振动剂量值

75.14

1

0

4w ms/dVDV

T

tta

第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价

Vibration Dose Value Vibration Dose Value

LMS