汽车理论__第6章汽车的平顺性.ppt

第六章 汽车的平顺性 内容提要 人体对振动的反应和平顺性的评价 路面不平度的统计特性 汽车振动系统的简化，单质量系统的振动 车身与车轮双质量系统的振动 双轴汽车的振动 人体－座椅系统的振动 汽车平顺性试验和数据处理 引 言 汽车行驶时，由路面不平以及发动机、传动系和车轮等旋转部件激发汽车的振动。通常，路面不平是汽车振动的基本输入，故本章讨论的平顺性(Ride)主要指路面不平引起的汽车振动，频率范围约为0.5~25Hz。 汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包括保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。 汽车的平顺性可由图6-1所示的“路面一汽车一入”系统的框图来分析。路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输入”，此‘输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度，此加速度通过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平顺性。当振动系统的“输出”作为优化的目标时，通常还要综合考虑车轮与路面间的动载和悬架弹簧的动挠度。它们分别影响“行驶安全性”和撞击悬架限位的概率。 引 言 研究平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。本章的基本内容为： 1)人体对振动的反应和平顺性的评价。 2)振动“输入”——路面不平度的统计特性。 3)汽车振动系统的简化，系统频响特性和系统参数对 4)汽车平顺性的测试。 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 机械振动对人体的影响，取决于振动的频率、强度、作用方向和持续时间 每个人的心理与身体素质不同，故对振动的敏感程度有很大差异。 1974年，国际标准化组织(1SO)在综合大量有关人体全身振动研究成果的基础上，制定了国际标准ISO2631：《人体承受全身振动评价指南》，后来对它进行过修订、补充。 从1985年开始进行全面修订，于1997年公布了ISO2631—l 1997(E)《人体承受全身振动评价——第一部分：一般要求》 第二节 路面不平度的统计特性 把汽车近似作为线性系统处理时，掌握了输人的路面不平度功率谱以及车辆系统的频响函数，就可以求出各响应物理量的功率谱，用来分析振动系统参数对各响应物理量的影响和评价平顺性。 路面不平度的功率谱密度 通常把路面相对基准平面的高度q，沿道路走向长度I的变化q(I)，称为路面纵断面曲线或不平度函数，如图6-4所示。 第二节 路面不平度的统计特性 在测量不平度时，可以用水准仪或专门的路面计来得到路面纵断面上的不平度值。 测量得到的大量路面不平度随机数据，通常在计算机上进行处理，得到路面不平度的功率谱密度Gq(n)或方差d2q等统计特性参数。 作为车辆振动输入的路面不平度，主要采用路面功率谱密度描述其统计特性 1984年国际标准化组织在文件ISO／TCl08／SC2N67中提出的“路面不平度表示方法草案” 国内由长春汽车研究所起草制定的GB7031《车辆振动输入——路面平度表示》标准 两个文件均建议路面功率谱密度Gq(n)用下式作为拟合表达式 第二节 路面不平度的统计特性 式(6－4)在双对数坐标上为一斜线，对实测路面功率谱密度拟合时，为了减少误差，在不同空间频率范围可以选用不同的拟合系数进行分段拟合，但不应超过4段。 上述两个文件还提出了按路面功率谱密度把路面的不平程度分为8级。 表6-3规定了各级路面不平度系数Gq(n0)的几何平均值，分级路面谱的频率指数W＝2。 表上还同时列出了0.011m-1n2.83m-1范围路面不平度相应的均方根值qrms(dq)的几何平均值。 第二节 路面不平度的统计特性 由图6-5可以看出，路面功率谱密度Gq(n)随空间频率n的提高或波长l的减小而变小。 第二节 路面不平度的统计特性 当W=2时，q(n)与l成正比， Gq(n) 是不平度幅值的均方值谱密度，故Gq(n)又与不平度幅值的平方成正比，所以不平度幅值q0大致与波长l成正比。 图上影线面积为原联邦德国1983年公路路面谱分布范围，可以看出主要集中在A级，部分延伸到B、C级之内。 据统计，我国高等级公路路面谱也基本上在A、B、C三级范围之内，只是B、C级路面占的比重比较大。 上述路面功率谱密度Gq(n)指的是垂直位移功率谱密度，还可以采用不平度函数q(I)对纵向长度I的一阶导数，即速度功率谱密度和二阶导数，即加速度功率谱密度来补充描述路面不平度的统计特性。 第二节 路面不平度的统计特性 当频率指数W=2时，将式(6-4)表达的Gq(n